Контрольная работа по «Информатика»

Когда процессору нужно выполнить  команду, он сначала анализирует  состояние своих регистров данных. Если необходимых данных в регистрах нет, он обращается к кэш-памяти первого уровня, а затем - к кэш-памяти второго уровня. Если данных нет ни в одной кэш-памяти, процессор обращается к оперативной памяти. И только в том случае, если нужных данных нет и там, он считывает данные с жесткого диска.

Когда процессор обнаруживает данные в одном из кэшей, это называют «попаданием»; неудачу называют «промахом». Каждый промах вызывает задержку, поскольку процессор будет пытаться обнаружить данные на другом, более медленном уровне. В хорошо спроектированных системах с программными алгоритмами, которые выполняют предварительную выборку данных до того, как они потребуются, процент «попаданий» может достигать 90.

Для процессоров старшего класса на получение информации из кэш-памяти первого уровня может уйти от одного до трех тактов, а процессор в это время ждет и ничего полезного не делает. Скорость доступа к данным из кэш-памяти второго уровня, размещаемой на процессорной плате, составляет от 6 до 12 циклов, а в случае с внешней кэш-памятью второго уровня - десятки или даже сотни циклов.

Кэш-память для серверов даже более  важна, чем для настольных ПК, поскольку  серверы поддерживают между процессором  и памятью весьма высокий уровень  трафика, генерируемого клиентскими транзакциями. В 1991 году Intel превратила ПК на базе процессора 80486 с тактовой частотой 50 МГц в сервер, добавив на процессорную плату кэш с тактовой частотой 50 МГц. Хотя шина, связывающая процессор и память, работала с частотой всего 25 МГц, такая кэш-память позволила многие программы во время работы полностью размещать в процес­соре 486 с тактовой частотой 50 МГц.

Иерархическая организация памяти помогает компенсировать разрыв между  скоростями процессоров, ежегодно увеличивающимися примерно на 50% в год, и скоростями доступа к DRAM, которые растут лишь на 5%. Как считает Джон Шен, профессор Университета Карнеги-Меллона, по мере усиления этого диссонанса производители аппаратного обеспечения добавят третий, а возможно и четвертый уровень кэш-памяти.

Действительно, уже в этом году Intel намерена представить кэш-память третье­го уровня в своих 64-разрядных  процессорах Itanium. Кэш емкостью 2 или 4 Мбайт будет связан с процессором  специальной шиной, тактовая частота  которой совпадает с частотой процессора.

IBM также разработала собственную  кэш-память третьего уровня для  32- и 64-разрядных ПК-серверов Netfinity. По словам Тома Бредикича, директора по вопросам архитектуры и технологий Netfinity, сначала кэш будет размещаться на мик­росхеме контроллера памяти, выпуск которой начнется к концу следующего года.

Кэш-память третьего уровня корпорации IBM станет общесистемным кэшем, куда смогут обращаться от 4 до 16 процессоров  сервера. С кэш-памятью третье­го  уровня Intel сможет работать только тот процессор, к которому она подключена, но представители IBM подчеркнули, что их кэш третьего уровня способен увеличить пропускную способность всей системы. Бредикич отметил, что новая кэш-память производства IBM также поможет реализовать компьютерные системы высокой готовности, необходимые для электронной коммерции, поскольку с ее помощью можно будет менять модули основной памяти и выполнять модернизацию, не прерывая работу системы.

Больше - не всегда лучше

Частота промахов при обращении  к кэш-памяти может быть значительно снижена за счет увеличения емкости кэша. Но большая кэш-память требует больше энергии, генерирует больше тепла и увеличивает число бракованных микросхем при производстве.

Один из способов обойти эти трудности  - передача логики управления кэш-памятью от аппаратного обеспечения к программному.

«Компилятор потенциально в состоянии  анализировать поведение программы  и генерировать команды по переносу данных между уровнями памяти», - отметил Шен.

Управляемая программным образом  кэш-память сейчас существует лишь в исследовательских лабораториях. Возможные трудности связаны с тем, что придется переписывать компиляторы и перекомпилировать унаследованный код для всех процессоров нового поколения.

 

14. Устройство  ПЭВМ: клавиатура.

Единственным основным устройством ввода информации в ПЭВМ и управления ее работой была, есть и в обозримом будущем останется клавиатура. Она представляет собой матрицу клавиш, объединенных в единое целое, и электронный блок для преобразования нажатия клавиши в двоичный код.

Клавиатура должна быть эргономичной, т.е. удобной для работы. К основным эргономическим показателям клавиатуры относят:

-         общекомпоновочные  решения клавиатуры в ПЭВМ;

-         толщину  клавиатуры и угол ее наклона  относительно горизонтали;

-         схему  расположения клавиш, их цвет, форму  и размеры; 

-         необходимое  усилие для нажатия клавиши  и ее свободный ход; 

-         коэффициент  отражения света клавишами и  всей поверхностью клавиатуры;

-         легкость  чтения надписей на клавишах.

Мы не будем подробно характеризовать  эти показатели, но все же отметим  следующее. Во-первых, существуют два  основных общекомпоновочных принципа, касающихся исполнения клавиатуры. При  моноблочном построении ПЭВМ (главным  образом, бытовых) клавиатура является неотъемлемой составной частью системного блока. При полиблочном построении ПЭВМ она выполнена в виде отдельного устройства, соединенного с системным блоком посредством гибкого кабеля. Последнее, конечно, представляется более удобным. Во-вторых, схема расположения клавиш, особенно алфавитно-цифровых, стандартизована, чтобы каждый человек мог одинаково хорошо общаться с любой ПЭВМ. И, в-третьих, особое значение имеет необходимое усилие для нажатия клавиш. Слишком «тугие» клавиши замедляют работу и ведут к быстрому утомлению пользователя. Слишком же «слабые» клавиши (что, к сожалению, характерно для отечественных ПЭВМ) приводят к большому количеству ошибок, обусловленных случайным их касанием, а следовательно, в конечном счете, также замедляет работу.

Быстродействие клавиатуры всегда таково, что независимо от скорости нажатия клавиш вся вводимая информация успевает передаваться в ПЭВМ, если она там ожидается.

В клавиатурах ПЭВМ используются клавиши  различных типов, из которых наиболее широкое распространение получили емкостные и контактные.

Емкостные клавиши состоят из подвижной  металлической пластины (подвижного электрода), прикрепленной к кнопке, и двух металлических выступов на печатной плате, образующих неподвижные  электроды конденсатора переменной емкости. При нажатии на клавишу подвижная пластина приближается к этим выступам, что приводит к изменению емкости конденсатора, а этого достаточно для фиксации нажатия электронной схемой. Помимо простоты устройства емкостные клавиши имеют высокую надежность. Они выдерживают до 100 и более миллионов нажатий и отпусканий.

Контактные клавиши могут изготавливаться  в различных вариантах, но всегда в основе их работы лежит принцип  непосредственного механического  контакта между двумя гибкими  металлическими пластинами при нажатии клавиши. В местах соприкосновения пластины обычно имеют специальное покрытие, обеспечивающее малое сопротивление контакта. Срок службы контактных кнопок характеризуется числом срабатываний в несколько десятков миллионов.

Характерной особенностью клавиатур ПЭВМ является допустимость перекрытия нажатий, т.е. случайного или преднамеренного нажатия одновременно двух и более клавиш. В этом случае клавиатура обеспечивает выдачу кодов всех клавиш в порядке их нажатия. Кроме того, есть множество комбинаций клавиш, одновременное нажатие которых приводит к выдаче в ПЭВМ определенных кодов, называемых расширенными кодами клавиш.

Другая особенность клавиатур  ПЭВМ заключается в том, что при  нажатии клавиши в ПЭВМ передается один код, а при отпускании – иной, которые называются кодами сканирования (опроса) клавиш. В ПЭВМ эта кодировка преобразуется в другую при помощи соответствующей таблицы. Такая организация ввода символов придает дополнительную гибкость и мобильность при использовании различных фонетических систем, а также позволяет перепрограммировать клавиши. Дополнительно к этому в клавиатурах реализуется так называемая функция повторения, обеспечивающая многократную выдачу кода нажатия клавиши при ее удержании в утопленном состоянии. Периодическое повторение выдачи кода нажатия прекращается в случае нажатия другой клавиши или отпускания нажатой.

Таким образом, клавиатура в ПЭВМ является весьма совершенным устройством  ввода.

Любая клавиатура ПЭВМ имеет четыре группы клавиш:

- клавиши пишущей машинки для ввода прописных и строчных букв, цифр и специальных знаков;

- служебные клавиши, меняющие смысл нажатия остальных клавиш и осуществляющие другие действия по управлению вводом с клавиатуры;

- функциональные (программируемые) клавиши, смысл нажатия которых зависит от используемого программного продукта;

- клавиши двурежимной малой цифровой клавиатуры, обеспечивающие быстрый и удобный ввод цифровой информации, а также управление курсором и переключение режимов работы клавиатуры.

Стандартами де-факто клавиатур для ПЭВМ являются предложенные фирмой IBM 83- (84-), 101- и 122-клавишные пульты. Первыми двумя из них обычно комплектуются машины IBM РС ХТ и АТ соответственно, но первоначально IBM РС АТ поставлялась с 84-клавишной клавиатурой. Аналогичные клавиатуры выпускаются рядом других фирм. Портативные ПЭВМ, как правило, имеют клавиатуры с меньшим числом клавиш. Отечественные ПЭВМ поставляются с клавиатурами, очень напоминающими 83-клавишный пульт.

 

15. Устройство  ПЭВМ: монитор.

В ЭВМ - устройство отображения данных, используемое для прямого их считывания, а также контроля и управления работой системы.

Мониторы различаются по своим  характеристикам в зависимости  от типа экрана (на электронно-лучевых трубках - ЭЛТ, жидкокристаллические дисплеи (индикаторы, мониторы) -  ЖКД, ЖКИ (активные и пассивные), «плазменные», «электролюминесцентные», «органические светодиодные», «вакуумные флуоресцентные», «полипланарные оптические», «автоэлектронной эмиссии», «гибридные» и т.д.);

- возможности цветопередачи («цветные» и «монохроматические»);

- типа используемого видеоадаптера и разрешающей способности (см. видеоадаптеры: MDA, CGA, Hercules, EGA, VGA, SVGA);

- размеров экрана (измеряются по диагонали в дюймах).

Мониторы ПЭВМ работают в двух режимах: текстовом и графическом.

В текстовом режиме экран монитора (дисплей) разбивается на отдельные  участки (например, на 25 строк по 80 символов), в которые могут быть выведены изображения заранее заданных форматом системы символов (букв, цифр, знаков, псевдографических символов и т.п.) в допустимых для каждого конкретного типа монитора и его видеоадаптера способах их представления (цвет, яркость, размер).

В графическом режиме экран монитора разделяется на множество «черно-белых» или «цветных» точек – «пикселов», управлением яркостью свечения которых могут выводиться графики рисунки и символы в произвольной форме их представления. Разрешающая  способность изображения на экране измеряется их числом в строке и по вертикали (например- 640х200).

Величина разрешающей  способности каждого типа монитора, а также количество отображаемых им градаций цвета и яркости («уровней серого») определяются типом видеоадаптера и конструкцией его экрана.

Зеленый монитор - монитор, конструкция которой соответствует требованиям Национальной программы США Energy Star и Агентства защиты окружающей среды по сокращению потребления энергии компьютерами (в режиме «холостого хода» не более 30 Вт), не использованию токсичных материалов и возможности полной утилизации по истечении срока службы.

LR-монитор - монитор с низким уровнем излучения, отвечающий требованиям спецификаций, выработанных в 1990 г. Шведским Национальным Советом по Измерениям и Тестированию, в части магнитного и электрического излучений (соответственно получивших обозначения – «MPR I» и «MPR II»). С 1992 г. был введен более жесткий стандарт на ограничение излучения мониторов, получивший наименование TCO, который в настоящее время также широко используется не только в Европейских странах, но и в США (о последней серии стандартов Конфедерации профессиональных союзов Швеции – TCO`99. В России сертификационные испытания мониторов проводятся в соответствии с ГОСТ 27954-88 (по показателям качества изображения, ультрафиолетовым, рентгеновским излучениям и уровню шума), ГОСТ Р50377-92 (по параметрам электрической, механической и пожарной безопасности), ГОСТ 2718-88 (по санитарно-гигиеническим требованиям и уровню шума), ГОСТ 29216-91 (по уровню излучаемых радиопомех).

Альтернативные типы мониторов:

Мониторы на ЭЛТ –  Традиционная и пока наиболее распространенная технология построения мониторов, основанная на использовании достаточно крупного электровакуумного прибора – электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) с широким основанием, служащим в качестве «экрана», с нанесённым на него слоем флюоресцирующего покрытия. Формирование изображения производится на этом слое потоком электронов, активизирующим его свечение (в том числе цветовое). Источником потока электронов служит расположенная напротив экрана т.н. «электронная пушка». В различных конструкциях ЭЛТ могут использоваться от одной до трёх электронных пушек – по одной на каждый воспроизводимый цвет изображения. Управление шириной пучка электронов, его движением по поверхности экрана и интенсивностью производится электромагнитными полями. Для обеспечения передачи цветного изображения используется люминофор с «матричной» структурой и установленная перед люминофором специальная «маска». Последняя сужает пучок электронов и направляет его на один из трёх участков элемента матрицы, воспроизводящих определённый цвет (см., например, систему «RGB»). Используются различные технологии, формирования «матриц» и «масок» в ЭЛТ, включая т.н. «Трёхточечную теневую маску», «Щелевую апертурную решётку» и «Гнездовую маску». Наиболее эффективными считаются две последние технологии. Достоинствами мониторов на ЭЛТ являются: их высокая разрешающая способность, независимость от угла наблюдения экрана, хорошая цветопередача и относительно невысокая стоимость. Основные недостатки: значительные габариты, энергопотребление и уровень вредных электромагнитных излучений.