Принцип открытой архитектуры. Магистральный принцип передачи данных

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

 

 

 

 

Кафедра прикладной информатики

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

 

 

 

 

Выполнила: Сатрыхина О.А. Группа ЭНМЗ-13 Шифр 1338 Сатрыхина О.А.

 

 

 

 

 

 

 

Новокузнецк 2013

1. Принцип открытой архитектуры. Магистральный принцип передачи данных

1.1 Введение

Бурное развитие информационных технологий и их основной технической базы – компьютеров, приводит к большему насыщению ими практически всех сфер деятельности человека. В этих условиях необходимы знания основ аппаратной части компьютера, его основных технических характеристик и функциональных возможностей. Такие знания дают возможность более осознанно осуществлять выбор, организовывать обслуживание, модернизацию персональных компьютеров, планировать развитие компьютера, как для личного пользования, так и для профессионального использования, что является наиболее актуальным.

 

1.2 Принцип открытой архитектуры

 

Персональным компьютером (ПК) называют сравнительно недорогой универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя.

При описании архитектуры компьютера определяется состав входящих в него компонент, принципы их взаимодействия, а также их функции и характеристики .

В 1979 г. фирма IBM (International Business Machines Corporation) решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров. Не конструировать персональный компьютер “с нуля”, а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. В компьютере были использованы комплектующие различных фирм, а его программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft.

В августе 1981 г. новый компьютер под названием IBM PC был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Фактически IBM PC стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры (“совместимые с IBM PC”) составляют около 90% всех производимых в мире персональных компьютеров.

Под архитектурой компьютера подразумевают его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Схема 1 – Структура компьютера.

 

Наличие слотов расширения позволяет модифицировать компьютер, подключая к нему новые устройства. Главный принцип построения современного персонального компьютера — принцип открытой архитектуры — правила построения компьютера, в соответствии с которыми каждый новый узел (блок) совместим со старым и, легко устанавливается на компьютере.

Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:

Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями.

Рисунок 1 - Системный блок.

 

Рисунок 2 – Системный блок.

 

1.3 Магистральный принцип передачи данных

 

Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства. Для того, чтобы соединить друг с другом различные устройства компьютера, они должны иметь одинаковый интерфейс. Интерфейс — это средство сопряжения двух устройств, в котором все физические и логические параметры согласуются между собой. Если интерфейс является общепринятым, например, утверждённым на уровне международных соглашений, то он называется стандартным.

Архитектура современных персональных компьютеров (ПК) основана на магистрально-модульном принципе. Компьютер состоит из разрозненных частей – модулей. Модулем ПК будем называть любое относительно самостоятельное устройство компьютера (процессор, оперативная память, контроллер, дисплей, принтер, сканер и т.д.) Для того чтобы компьютер работал как единый механизм, необходимо осуществлять обмен данными между различными устройствами, за это отвечает системная (магистральная) шина.

Схема 2 – Обмен данными между различными устройствами.

 

Системная шина осуществляет обмен информацией по трем многоразрядным шинам, соединяющим модули:

Схема 3 – Обмен информацией по шинам.

 

Шина данных — шина, предназначенная для передачи информации. В компьютерной технике принято различать выводы устройств по назначению: одни для передачи информации (например, в виде сигналов низкого или высокого уровня), другие для сообщения всем устройствам (шина адреса) — кому эти данные предназначены.

Шина адресов — компьютерная шина, используемая центральным процессором или устройствами, способными инициировать сеансы DMA, для указания физического адреса слова ОЗУ (или начала блока слов), к которому устройство может обратиться для проведения операции чтения или записи. Основной характеристикой шины адреса является её ширина в битах. Ширина шины адреса определяет объём адресуемой памяти. Если рассматривать структурную схему микро-ЭВМ, то адресная шина активизирует работу всех внешних устройств по команде, которая поступает с микропроцессора.

Шина управления - инструкций.

Центральные устройства подсоединены к шине непосредственно, а периферийные – через устройства сопряжения (контроллеры или адаптеры)

Системная или материнская плата – это основная электронная плата в компьютере.

Рисунок 3 – Изображение материнской платы.

 

 На ней обычно располагается:

-Центральный процессор и сопроцессор, центральный процессор (микропроцессор) он управляет работой всех узлов ПК и программой, описывающей алгоритм решаемой задачи. МП имеет сложную структуру в виде электронных логических схем. В качестве его компонент можно выделить два основных блока: АЛУ – арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения процесса вычислений; ЦУУ – центральное устройство управления – устройство, обеспечивающее управление всеми процессами в компьютере.

Для расширения возможностей ПК и повышения функциональных характеристик микропроцессора дополнительно может поставляться математический сопроцессор, служащий для расширения набора команд МП.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – Random Access Memory – это запоминающее устройство, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи.

Кэш-память или сверхоперативная память. Скорость обработки информации центральным процессором уже так высока, что современные устройства ОЗУ не справляются с функцией посредника между ЦП и внешней памятью. Поэтому было добавлено еще одно устройство – кэш-память – служащее посредником между ОЗУ и ЦП. Современные микропроцессоры имеют встроенную кэш-память

Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – предназначено для хранения оперативной информации, обеспечивающей запуск компьютера.

Блок ПЗУ состоит из двух частей:

BIOS (Basic Input/Output System) – базовая система ввода и вывода. В ней хранится постоянная информация, заложенная на заводе-изготовителе, обеспечивающая запуск ПК.

СМOS – переменная часть ПЗУ, где хранится информация о конфигурации ПК (перечень устройств, входящих в комплект ПК и их характеристики).

После выключения питания компьютера, информация в ПЗУ сохраняется, за счет энергии от специальных автономных батарей. Таким образом, ПЗУ является энергонезависимой памятью.

Для согласования интерфейсов периферийные устройства подключаются к шине не напрямую, а через свои контроллеры (адаптеры) и порты примерно по такой схеме:

Схема 4 – Согласование интерфейсов.

 

Контроллеры и адаптеры представляют собой наборы электронных цепей, которыми снабжаются устройства компьютера с целью совместимости их интерфейсов. Контроллеры, кроме этого, осуществляют непосредственное управление периферийными устройствами по запросам микропроцессора.

 

2. Информационные системы. Основные понятия, принципы создания, направления развития информационных систем

 

1. Структура информационной системы

 

Структуру информационной системы составляет совокупность отдельных ее частей, называемых подсистемами. Подсистема — это часть системы, выделенная по какому-либо признаку. Если общую структуру информационной системы рассматривать как совокупность подсистем независимо от сферы применения, то в этом случае подсистемы называют обеспечивающими.

Среди основных подсистем информационной системы обычно выделяют информационное, техническое, математическое, программное, организационное и правовое обеспечение.

 

Схема 5 – Структура информационной системы

 

Информационная система – комплекс вычислительной техники и систем связи, используемый для создания, сбора, передачи, хранения, обработки информации для всех сфер общественной жизни.

Структура системы - множество элементов и взаимосвязей между ними. Пример: организационная и производственная структура фирмы.

 

2. Свойства информационной системы

 

Свойства информационной системы:

- делимость - систему можно представить состоящей из относительно самостоятельных частей - подсистем, каждая из которых рассматривается как отдельная система;

- целостность - согласованность функционирования всей системы с целями функционирования её подсистем и элементов.

Эффективность ИС заключается в следующем : дать каждому уровню управления только ту информацию, которая ему необходима для эффективной реализации функций управления. ИС создается для конкретного объекта. Внедрение ИС производится с целью повышения эффективности производственно-хозяйственной деятельности за счет не только обработки и хранения рутинной информации, автоматизации конторской работы, но и за счет принципиально новых методов управления, основанных на моделировании действий специалистов фирмы при принятии решений (методы искусственного интеллекта, экспертные системы и т.п.), использовании современных средств телекоммуникаций (электронная почта, телеконференции), глобальных и локальных вычислительных систем и т.п.

2.3 Виды, структура  и принципы проектирования информационных систем

В зависимости от степени (уровня) автоматизации выделяют:

- ручные ИС - все операции по переработке информации выполняются человеком.

- автоматизированные ИС - часть функций (подсистем) управления осуществляется автоматически, а часть - человеком.

- автоматические ИС - все функции управления и переработки данных осуществляются техническими средствами без участия человека (например, автоматическое управление технологическими процессами).

По сфере применения:

- научные исследования - автоматизация деятельности научных работников, анализ статистической информации, управление экспериментом.

- ИС автоматизированного проектирования применяют для автоматизации труда инженеров-проектировщиков и разработчиков новой техники (технологии). Такие ИС осуществляют: разработку новых изделий и технологий в производственной сфере; инженерные расчеты (определение технических параметров изделий, расходных норм: трудовых, материальных и др.); разработку графической документации (чертежей, схем, планировок); моделирование проектируемых объектов; создание управляющих программ для станков.

- ИС организационного управления предназначены для автоматизации функций административного (управленческого) персонала. Существуют ИС управления как промышленными предприятиями, так и непромышленными объектами (банки, биржи, страховые компании, гостиницы и т.д.).