Теоретические вопросы по курсу "Информатика"

Кластерные структуры  представляют собой многомашинные  распределенные вычислительные системы, объединяющие под единым управлением несколько серверов. Это позволяет гибко управлять ресурсами сети, обеспечивая необходимую производительность, надежность, готовность и другие характеристики.

Серверы — это вычислительные машины и системы, управляющие определенным видом ресурсов сети. Различают файл-серверы, серверы приложений, факс-серверы, почтовые, коммуникационные, Web-серверы и др. Термин рабочая станция отражает факт наличия в сетях абонентских пунктов, ориентированных на работу профессиональных пользователей с сетевыми ресурсами. Этот термин как бы отделяет их от ПК, обеспечивающих работу основной массы непрофессиональных пользователей, работающих обычно в авто-номном режиме. В качестве рабочей станции может работать как простейший клиентский компьютер, так и достаточно мощный АРМ, например, используемый в системе автоматизации проектирования.

Сетевые компьютеры, , созданные  на базе существующих стандартных микропроцессоров, представляют собой новый класс  устройств. Само это название говорит  о том, что они пред-назначаются для использования в компьютерных сетях. Они заслуживают более подробного освещения. В зависимости от выполняемых функций и от контекста под этим термином понимают совершенно различные устройства. Если эти устройства используются для подключения к сети с целью получения из нее информации, то под сетевым компьютером обычно понимают комбинированное устройство типа КПК, дополненное функциями подключения к сети Интернет, например, «наладонный компьютер» совместно с сотовым телефоном. В другом контексте под сетевым компьютером (процессором) понимают специализированные сетевые устройства, предназначенные для выполнения определенных сетевых функций: классификации сообщений, защиты передаваемых данных, управления по используемым протоколам и переадресации. Обычно эти устройства размещаются на «границах» сетей и дополняют функции маршрутизаторов, коммутаторов, шлюзов, мостов (п. 10.3). До последнего времени эти специфические функции выполнялись посредством быстрых специализированных микросхем (ASIC, Application-Specific Intergraded Circuits — интегрированная схема, специализированная по применению), включаемых в состав сетевых адаптеров. Наиболее сложные функции обработки передавались в программы центральных процессоров серверов или рабочих станций. Но такое решение, конечно, не обеспечивает необходимой гибкости и адаптации к изменяющимся условиям эксплуатации. Оно входит в противоречие с постоянно совершенствуемыми сетевыми технологиями, использованием новых протоколов, постоя нно растущими скоростями передачи данных.

Поэтому в сетях все  больше начинают применяться сетевые  процессоры (NPU — network processing unit). (NPU — network processing unit). Построение сетевых устройств  на основе микропроцессоров позволяет  решить проблему одновременного увеличения скорости и гибкости. Заметим, что скорости сетевых интерфейсов в последние годы растут гораздо быстрее, чем скорости традиционных процессоров. Возможность быстрой смены программ в специализированных сетевых устройствах обработки делает их идеальным решением. Они избавляют администраторов сетей от дорогостоящих модернизаций оборудования, разгружают процессоры серверов и рабочих станций от выполнения ими несвойственных им связных функций, обеспечивают необходимую гибкость, адаптацию к изменению обстановки и т.д.

5. Аппаратное обеспечение ПК. Представление данных в ПК. Внутренние устройства системного блока и их характеристики (материнская плата, жесткий диск, дисководы, видео,  звуковые    карты).

К аппаратному обеспечению  относятся устройства, образующую конфигурацию компьютера. Различают внутренние и внешние устройства. Согласование между отдельными узлами и блоками выполняется с помощью аппаратно-логических устройств, называемых аппаратными интерфейсами. Стандарты на аппаратные интерфейсы называют протоколами. Протокол - это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками устройств.

 Персональный компьютер  - универсальная техническая система,  конфигурацию которой можно изменять  по мере необходимости. Тем  ни менее существует понятие  базовой конфигурации. В настоящее время базовая конфигурация состоит из 4 составляющих

1.                системный блок 

2.                монитор 

3.                клавиатура 

4.                мышь.

Системный блок

 Системный блок - основной  узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока называются внутренними, а подключаемые к нему снаружи - внешними и периферийными. Основной характеристикой корпуса системного блока является параметр, называемый форм-фактором. От него зависят требования, предъявляемые к размещаемым устройствам. Форм-фактор системного блока обязательно должен быть согласован с форм-фактором главной (системной, материнской) платы. В настоящее время наиболее распространенны корпуса с форм-фактором ATX. Корпуса поставляются вместе с блоком питания.

 

Внутренние устройства системного блока 

Материнская плата - основная плата компьютера. На ней размещаются:

1.                процессор - основная микросхема, выполняющая арифметические и логические операции - мозг компьютера. Процессор состоит из ячеек, похожих на ячейки оперативной памяти, но в этих ячейках данные могут не только храниться, но и изменяться. Внутренние ячейки процессора называются регистрами. Часть регистров являются командными, то есть такими, которые воспринимают данные как команды, управляющие обработкой данных в других регистрах. Управляя засылкой данных в разные регистры, можно управлять обработкой данных. На этом основано исполнение программ. С остальными устройствами процессор связан несколькими группами проводников, называемых шинами. Основных шин три: шина данных, адресная шина и командная шина. Адресная шина состоит из 32 параллельных проводников(32-разрядная). По ней передаются адреса ячеек оперативной памяти. К ней подключается процессор для копирования данных из ячейки ОП в один из своих регистров. Само копирование происходит по шине данных. В современных компьютерах она, как правило, 64-разрядная, т.е. одновременно на обработку поступает 8 байт. По командной шине передаются команды из той области ОП, в которой хранятся программы. В большинстве современных компьютеров командная шина 32-разрядная, но есть уже и 64-разрядные.

2.                Основными характеристиками процессора  являются разрядность, тактовая частота и кэш-память. Разрядность указывает, сколько бит информации процессор может обработать за один раз (один такт). Тактовая частота определяет количество тактов за секунду, например, для процессора выполняющего около 3 миллиардов тактов за секунду тактовая частота равна 3 Ггц/сек. Обмен данными внутри процессора происходит быстрее, чем с оперативной памятью. Для того, чтобы уменьшить число обращений к ОП, внутри процессора создают буферную область - кэш-память. Принимая данные из ОП, процессор одновременно записывает их в кэш-память. При последующем обращении процессор ищет данные в кэш-памяти. Чем больше кэш-память, тем быстрее работает компьютер.

3.                микропроцессорный комплект (чипсет) - набор микросхем, управляющих  работой внутренних устройств и определяющих основные функциональные возможности материнской платы.

4.                шины - наборы проводников, по  которым происходит обмен сигналами  между внутренними устройствами .

5.                оперативная память - набор микросхем, предназначенных для временного хранения данных

 Оперативная память(RAM - random access memory) - массив ячеек, способных  хранить данные. память может  быть динамической и статической.  Ячейки динамической памяти можно  представить в виде микроконденсаторов, накапливающих электрический заряд. Динамическая память является основной оперативной памятью компьютера. Ячейки статической памяти представляют собой тригеры - элементы в которых хранится не заряд, а состояние (включен/выключен). Этот вид памяти более быстрый, но и более дорогой и используется в т.н. кэш-памяти, предназначенной для оптимизации работы процессора. Оперативная память размещается на стандартных панельках (модулях, линейках). Модули вставляются в специальные разъёмы на материнской плате.

6.                ПЗУ - постоянное запоминающее  устройство. В момент включения  компьютера его оперативная память  пуста. Но процессору, чтобы начать  работать, нужны команды. Поэтому  сразу после включения на адресной  шине выставляется стартовый  адрес. Это происходит аппаратно. Этот адрес указывает на ПЗУ. В ПЗУ находятся "зашитые" программы, которые записываются туда при создании микросхем ПЗУ и образуют базовую систему ввода-вывода(BIOS - Base Input/Output System). Основное назначение этого пакета - проверить состав и работоспособность базовой конфигурации компьютера и обеспечить взаимодействие с клавиатурой, монитором, жёстким диском и дисководом гибких дисков.

7.                разъёмы для подключения дополнительных  внутренних устройств (слоты).

Жёсткий диск

 Жёсткий диск - устройство  для долговременного хранения  больших объёмов данных и программ.

 На самом деле, это  не один диск, а группа дисков, имеющих магнитное покрытие и  вращающихся с высокой скоростью.  Над поверхностью каждого диска  располагается головка чтения-записи. При высоких скоростях вращения возникает аэродинамическая подушка между поверхностью диска и головкой. При изменении силы тока, протекающего через головку, меняется напряженность магнитного поля в зазоре, что вызывает изменение магнитного поля ферромагнитных частиц, образующих покрытие диска. Так осуществляется запись на диск. Чтение происходит в обратном порядке. Намагниченные частицы наводят в головке ЭДС самоиндукции, возникают электромагнитные сигналы, которые усиливаются и передаются на обработку. Управление работой жёсткого диска осуществляется специальным устройством - контроллером жесткого диска. Функции контроллера частично вмонтированы в жёсткий диск, а частично находятся на микросхемах чипсета. Отдельные виды высокопроизводительных контроллеров поставляются на отдельной плате.

Дисковод гибких дисков

 Для оперативного  переноса небольших (до 1.4Мб) объёмов  информации используются гибкие  диски, которые вставляют в  специальный накопитель - дисковод.

Дисковод для компакт-дисков CD или DVD

 Принцип действия  устройства CD состоит в считывании(записи) данных, с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности  диска. При этом плотность записи, по сравнению с магнитными  дисками, очень высокая. На  стандартный CD-диск можно записать до 650Мб. Появление формата DVD ознаменовало собой переход на новый, более продвинутый, уровень в области хранения и использования данных, звука и видео. Первоначально аббревиатура DVD расшифровывалась, как digital video disc, это оптические диски с большой емкостью. Эти диски используются для хранения компьютерных программ и приложений, а так же полнометражных фильмов и высококачественного звука. Поэтому, появившаяся несколько позже расшифровка аббревиатуры DVD, как digital versatile disc, т.е. универсальный цифровой диск - более логична. Снаружи, диски DVD выглядят как обычные диски CD-ROM. Однако возможностей у DVD гораздо больше. Диски DVD могут хранить в 26 раз больше данных, по сравнению с обычным CD-ROM. Имея физические размеры и внешний вид, как у обычного компакт-диска или CD-ROM, диски DVD стали огромным скачком в области емкости для хранения информации, по сравнению со своим предком, вмещающим 650MB данных. Стандартный однослойный, односторонний диск DVD может хранить 4.7GB данных. Но это не предел -- DVD могут изготавливаться по двухслойному стандарту, который позволяет увеличить емкость хранимых на одной стороне данных до 8.5GB. Кроме этого, диски DVD могут быть двухсторонними, что увеличивает емкость одного диска до 17GB.

 

Видеокарта 

 Совместно с монитором видеокарта образует видеосистему компьютера. Видеокарта(видеоадаптер) выполняет все операции, связанные с управлением экраном монитора и содержит видеопамять в которой хранятся данные об изображении.

Звуковая карта 

 Звуковая карта  выполняет операции, связанные с обработкой звука, речи, музыки. Звук воспроизводится через колонки (наушники), подключаемые к выходу звуковой карты. Имеется также разъём для подключения микрофона. Основным параметром ЗК является разрядность, Чем выше разрядность, тем меньше погрешность, связанная с оцифровкой, тем лучше звучание.

6. Внешняя и внутренняя память. Типы памяти ЭВМ. Виды запоминающих устройств.

Внутренняя и внешняя  память. Работая с информацией, человек  пользуется не только своими знаниями, но и книгами, справочниками и другими внешними источниками. В главе 1 "Человек и информация" ныло отмечено, что информация хранится в памяти человека и на внешних носителях. Заученную информацию человек может забыть, а записи сохраняются надежнее.

 

У компьютера тоже есть два вида памяти: внутренняя (оперативная) и внешняя (долговременная) память.

 

Внутренняя память - это  электронное устройство, которое  хранит информацию, пока питается электроэнергией. При отключении компьютера от сети информация из оперативной памяти исчезает. Программа во время ее выполнения хранится во внутренней памяти компьютера. Сформулированное правило относится к принципам Неймана. Его называют принципом хранимой программы.

 

Внешняя память - это различные  магнитные носители (ленты, диски), оптические диски. Сохранение информации на них не требует постоянного электропитания . На рис. 2.3 показана схема устройства компьютера с учетом двух видов памяти. Стрелки указывают направления информационного обмена.

Рис. 2.3. Схема устройства компьютера

 

 

 

 

Структура внутренней памяти компьютераВсе устройства компьютера производят определенную работу с информацией (данными и программами). А как же представляется в компьютере сама информация? Для ответа на этот вопрос "заглянем" внутрь машинной памяти. Структуру внутренней памяти компьютера можно условно изобразить так, как показано на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Структура внутренней памяти компьютера

 

 

 

 

Наименьший элемент  памяти компьютера называется битом  памяти. На рис. 2.4 каждая клетка изображает бит. Вы видите, что у слова "бит" есть два значения: единица измерения количества информации и частица памяти компьютера. Покажем, как связаны между собой эти понятия.