Bei der Betrachtung von Computern ist es üblich, zwischen Architektur und Struktur zu unterscheiden.

Welche Computereigenschaften werden standardisiert, um das Prinzip der offenen Architektur umzusetzen?

Lediglich die Beschreibung des Funktionsprinzips eines Computers und seine Konfiguration (ein bestimmter Satz Hardware und Verbindungen zwischen ihnen) sind reguliert und standardisiert. Somit kann der Computer aus einzelnen Komponenten und Teilen zusammengesetzt werden, die von unabhängigen Herstellern entworfen und hergestellt werden. Der Computer ist leicht erweiterbar und aufrüstbar mit internen Erweiterungssteckplätzen, in die der Benutzer eine Vielzahl von Geräten einstecken und so sein Gerät nach seinen persönlichen Vorlieben konfigurieren kann.

Was sind die Besonderheiten der klassischen Architektur („von Neumann“)?

Von Neumann-Architektur. Eine arithmetisch-logische Einheit (ALU), durch die der Datenstrom läuft, und eine Steuereinheit (CU), durch die der Befehlsstrom läuft – das Programm. Dies ist ein Einprozessorcomputer. Architektur gehört zu dieser Art von Architektur. persönlicher Computer mit einem gemeinsamen Bus. Alle Funktionsblöcke sind hier über einen gemeinsamen Bus, auch Systembus genannt, miteinander verbunden.

Physikalisch handelt es sich bei der Amtsleitung um eine mehradrige Leitung mit Buchsen zum Anschließen elektronische Schaltkreise. Der Stammkabelsatz ist in separate Gruppen unterteilt: Adressbus, Datenbus und Steuerbus.

Peripheriegeräte (Drucker usw.) werden über spezielle Controller – Geräte zur Steuerung von Peripheriegeräten – mit der Computerhardware verbunden.

Regler- ein Gerät, das Peripheriegeräte oder Kommunikationskanäle mit dem Zentralprozessor verbindet und den Prozessor von der direkten Kontrolle über den Betrieb dieses Geräts entbindet.

Listen Sie die Vorteile von Standard- und Nicht-Standard-Computerarchitekturen auf.

Standardarchitekturen sind auf die Lösung verschiedenster Aufgaben ausgerichtet. Gleichzeitig ist der Geschwindigkeitsvorteil von Multiprozessor- und Multimaschinen-Computersystemen gegenüber Einzelprozessorsystemen offensichtlich. Bei der Lösung bestimmter Aufgaben können Sie mit einer nicht standardmäßigen Architektur mehr Leistung erzielen.

Was sind die charakteristischsten Anwendungsbereiche von Standard- und Nicht-Standard-Computerarchitekturen?

1. Klassische Architektur. Dies ist ein Einprozessorcomputer. Zu dieser Art von Architektur gehört auch die Architektur eines Personalcomputers mit einem gemeinsamen Bus. Peripheriegeräte (Drucker usw.) werden über spezielle Controller – Geräte zur Steuerung von Peripheriegeräten – mit der Computerhardware verbunden.

2. Multiprozessorarchitektur. Das Vorhandensein mehrerer Prozessoren in einem Computer bedeutet, dass viele Datenströme und viele Befehlsströme parallel organisiert werden können. Somit können mehrere Fragmente einer Aufgabe parallel ausgeführt werden.

3. Multimaschinen-Computersystem. Dabei haben mehrere im Rechensystem enthaltene Prozessoren keine Gemeinsamkeiten Arbeitsspeicher, aber jeder hat seinen eigenen (lokalen). Jeder Computer in einem Mehrmaschinensystem verfügt über eine klassische Architektur und ein solches System wird recht häufig verwendet. Die Wirkung des Einsatzes eines solchen Computersystems kann nur durch die Lösung von Problemen erzielt werden, die eine ganz besondere Struktur haben: Es muss in so viele lose zusammenhängende Teilaufgaben unterteilt werden, wie es Computer im System gibt. Der Geschwindigkeitsvorteil von Multiprozessor- und Multimaschinen-Computersystemen gegenüber Einzelprozessorsystemen liegt auf der Hand.

4. Architektur mit parallelen Prozessoren. Dabei arbeiten mehrere ALUs unter der Steuerung einer Steuereinheit. Das bedeutet, dass von einem Programm – also von einem Befehlsstrom – viele Daten verarbeitet werden können. Eine hohe Leistung einer solchen Architektur kann nur bei Aufgaben erreicht werden, bei denen dieselben Rechenoperationen gleichzeitig an verschiedenen Datensätzen desselben Typs ausgeführt werden. Moderne Maschinen enthalten oft Elemente verschiedene Arten architektonische Lösungen. Es gibt auch architektonische Lösungen, die sich grundlegend von den oben diskutierten unterscheiden.

Nennen Sie die Vorzüge offener und geschlossener Computerarchitekturen

Vorteile der offenen Architektur:

Der Wettbewerb zwischen den Herstellern hat zu günstigeren Computerkomponenten und damit auch zu günstigeren Preisen für die Computer selbst geführt.

Das Aufkommen einer großen Anzahl von Computergeräten ermöglichte es den Käufern, ihre Auswahl zu erweitern, was auch zu niedrigeren Preisen für Komponenten und einer Verbesserung ihrer Qualität beitrug.

Der modulare Aufbau des Computers und die einfache Montage ermöglichten es den Benutzern, die benötigten Geräte unabhängig auszuwählen und einfach zu installieren. Außerdem wurde es möglich, ihren Computer ohne große Schwierigkeiten zu Hause zusammenzubauen und aufzurüsten.

Durch die Upgrade-Möglichkeit konnten Benutzer einen Computer basierend auf ihren tatsächlichen Bedürfnissen und der Dicke ihres Geldbeutels auswählen, was wiederum zur wachsenden Beliebtheit von Personalcomputern beitrug.

Der Vorteil einer geschlossenen Architektur:

Die geschlossene Architektur erlaubt es anderen Herstellern nicht, zusätzliche externe Geräte für Computer herauszubringen, sodass kein Kompatibilitätsproblem für Geräte verschiedener Hersteller besteht.

Warum werden Computerhardware- und Softwarekonfiguration getrennt betrachtet?

Position 13 Grundlegende Hardwarekonfiguration eines Personal Computers

Fragen zur Selbsterklärung

Beschreiben Sie die Funktionen des Prozessors. Geben Sie die Hauptmerkmale des Prozessors und ihre typischen Werte an.

Die Hauptfunktionen des Prozessors:

Auswahl (Lesen) der ausgeführten Befehle;

Eingabe (Lesen) von Daten aus dem Speicher oder einem Ein-/Ausgabegerät;

Ausgabe (Aufzeichnung) von Daten in Speicher oder Ein-/Ausgabegeräte;

Datenverarbeitung (Operanden), einschließlich Rechenoperationenüber ihnen;

Speicheradressierung, also Festlegen der Speicheradresse, mit der der Austausch erfolgen soll;

Interrupt-Handling und Direktzugriffsmodus.

Prozessorspezifikationen:

Anzahl der Datenbusbits

Die Anzahl der Bits seines Adressbusses

Die Anzahl der Steuersignale im Steuerbus.

Die Bitbreite des Datenbusses bestimmt die Geschwindigkeit des Systems. Die Adressbusbreite bestimmt die zulässige Komplexität des Systems. Die Anzahl der Steuerleitungen bestimmt die Vielfalt der Austauschmodi und die Effizienz des Prozessoraustauschs mit anderen Geräten im System.

Zusätzlich zu den Pins für die drei Hauptbussignale verfügt der Prozessor immer über einen Pin (oder zwei Pins) zum Anschluss eines externen Taktsignals oder eines Quarzes (CLK), da der Prozessor immer ein getaktetes Gerät ist. Je höher die Taktfrequenz des Prozessors ist, desto schneller arbeitet er, das heißt, desto schneller führt er Befehle aus. Die Geschwindigkeit des Prozessors wird jedoch nicht nur von der Taktfrequenz bestimmt, sondern auch von den Merkmalen seines Aufbaus. Moderne Prozessoren führen die meisten Befehle in einem einzigen Taktzyklus aus und verfügen über die Möglichkeit, mehrere Befehle parallel auszuführen. Die Taktfrequenz des Prozessors steht in keinem direkten und starren Zusammenhang mit dem Wechselkurs auf der Autobahn, da der Wechselkurs auf der Autobahn durch Signallaufzeitverzögerungen und Signalverzerrungen auf der Autobahn begrenzt ist. Das heißt, die Taktfrequenz des Prozessors bestimmt nur seine interne Geschwindigkeit und nicht die externe. Manchmal gibt es für die Prozessortaktrate eine Unter- und eine Obergrenze. Wenn die obere Frequenzgrenze überschritten wird, kann es zu einer Überhitzung des Prozessors und zu Abstürzen kommen, die, was am unangenehmsten ist, nicht immer und unregelmäßig auftreten.

Erstes Signal ZURÜCKSETZEN. Beim Einschalten der Stromversorgung, im Notfall oder wenn der Prozessor hängt, führt die Bereitstellung dieses Signals zur Initialisierung des Prozessors und veranlasst ihn, mit der Ausführung des Startprogramms zu beginnen. Eine Notfallsituation kann durch Störungen in den Strom- und Erdungskreisen, Speicherausfälle, externe ionisierende Strahlung und viele weitere Gründe verursacht werden. Infolgedessen verliert der Prozessor möglicherweise die Kontrolle über das ausgeführte Programm und stoppt an einer Adresse. Um diesen Zustand zu verlassen, wird das anfängliche Reset-Signal verwendet. Der gleiche anfängliche Reset-Eingang kann verwendet werden, um dem Prozessor mitzuteilen, dass die Versorgungsspannung unter einen festgelegten Grenzwert gefallen ist. In diesem Fall fährt der Prozessor mit der Ausführung des Programms zum Speichern wichtiger Daten fort. Tatsächlich handelt es sich bei diesem Eingang um eine besondere Art der radialen Unterbrechung.

Manchmal verfügt der Prozessorchip über einen oder zwei weitere radiale Interrupt-Eingänge zur Bewältigung besonderer Situationen (z. B. für einen Interrupt von einem externen Timer).

Der Energiebus eines modernen Prozessors verfügt normalerweise über eine Versorgungsspannung (+5 V oder +3,3 V) und eine gemeinsame Leitung („Masse“). Frühe Prozessoren benötigten oft mehrere Versorgungsspannungen. Einige Prozessoren verfügen über einen Energiesparmodus. Generell verbrauchen moderne Prozessorchips, insbesondere solche mit hohen Taktraten, recht viel Strom. Um die normale Betriebstemperatur des Gehäuses aufrechtzuerhalten, müssen daher häufig Kühlkörper, Lüfter oder sogar spezielle Mikrokühlschränke installiert werden.

Zur Anbindung des Prozessors an den Bus werden Puffer-Mikroschaltungen verwendet, die bei Bedarf für Signaldemultiplexung und elektrische Pufferung der Bussignale sorgen. Manchmal stimmen die Austauschprotokolle auf dem Systembus und auf den Prozessorbussen nicht überein, dann koordinieren die Puffer-Mikroschaltungen diese Protokolle auch untereinander. Manchmal verwendet ein Mikroprozessorsystem mehrere Autobahnen (System- und lokale), dann verfügt jede der Autobahnen über einen eigenen Pufferknoten. Ein solcher Aufbau ist beispielsweise typisch für Personalcomputer.

Nach dem Einschalten springt der Prozessor zur ersten Adresse des Bootprogramms und führt dieses Programm aus. Dieses Programm ist im permanenten (nichtflüchtigen) Speicher vorab aufgezeichnet. Nach Abschluss des Startprogramms beginnt der Prozessor mit der Ausführung des Hauptprogramms im Permanent- oder Arbeitsspeicher, für das er nacheinander alle Befehle auswählt. Von diesem Programm kann der Prozessor durch externe Interrupts oder DMA-Anfragen abgelenkt werden. Der Prozessor wählt Befehle aus dem Speicher mithilfe von Lesezyklen entlang der Autobahn aus. Bei Bedarf schreibt der Prozessor Daten mithilfe von Schreibzyklen in den Speicher oder an E/A-Geräte oder liest Daten mithilfe von Lesezyklen aus dem Speicher oder an E/A-Geräten.

Geben Sie an, was der Aufteilung des Computerspeichers in internen und externen Speicher zugrunde liegt. Listen Sie auf, was im internen Speicher enthalten ist.

Der interne Speicher eines Computers dient zum Speichern von Programmen und Daten, mit denen der Prozessor direkt arbeitet, während der Computer eingeschaltet ist. In modernen Computern werden interne Speicherelemente auf Mikroschaltungen hergestellt. Der externe Speicher eines Computers ist für die langfristige Speicherung großer Informationsmengen ausgelegt. Das Ausschalten des Computers führt nicht zu einem Datenverlust im externen Speicher. Der interne Speicher besteht aus RAM, Cache-Speicher und Spezialspeicher.

Beschreiben Sie die Funktionen von RAM. Geben Sie die Hauptmerkmale von RAM und ihre typischen Werte an.

RAM – (RAM, englisch RAM, Random Access Memory – Direktzugriffsspeicher) ist ein schnelles Speichergerät mit nicht sehr großer Kapazität, das direkt mit dem Prozessor verbunden ist und zum Schreiben, Lesen und Speichern ausführbarer Programme und von diesen Programmen verarbeiteter Daten ausgelegt ist.

RAM wird nur zur vorübergehenden Speicherung von Daten und Programmen verwendet, da beim Ausschalten der Maschine alles verloren geht, was sich im RAM befand. Der Zugriff auf die Elemente des RAM erfolgt direkt – das bedeutet, dass jedes Byte des Speichers seine eigene individuelle Adresse hat.

Die Größe des Arbeitsspeichers liegt in der Regel zwischen 32 und 512 MB. Für einfache Verwaltungsaufgaben reichen 32 MB RAM aus, für komplexe Computerdesignaufgaben sind jedoch möglicherweise 512 MB bis 2 GB RAM erforderlich.

Typischerweise wird RAM von integrierten SDRAM-Speicherschaltkreisen (Synchronous Dynamic RAM) ausgeführt. Jedes Informationsbit im SDRAM wird als elektrische Ladung auf einem winzigen Kondensator gespeichert, der in der Struktur eines Halbleiterkristalls gebildet ist. Aufgrund von Leckströmen werden solche Kondensatoren schnell entladen und durch spezielle Geräte regelmäßig (ungefähr alle 2 Millisekunden) wieder aufgeladen. Dieser Vorgang wird als „Refresh Memory“ bezeichnet. SDRAM-Chips haben eine Kapazität von 16 – 256 Mbit/s oder mehr. Sie werden in Gehäuse eingebaut und zu Speichermodulen zusammengebaut.

Welchen Zweck hat ein externer Speicher? Listen Sie die Typen externer Speichergeräte auf.

Der externe Speicher (VSD) ist für die Langzeitspeicherung von Programmen und Daten konzipiert und die Integrität seines Inhalts hängt nicht davon ab, ob der Computer ein- oder ausgeschaltet ist. Im Gegensatz zu RAM ist externer Speicher nicht direkt mit dem Prozessor verbunden.

Die Zusammensetzung des externen Speichers des Computers umfasst:

Festplattenlaufwerke;

Diskettenlaufwerke;

CD-Laufwerke;

Laufwerke für magnetooptische CDs;

Magnetbandlaufwerke (Streamer) etc.

Beschreiben Sie, wie es funktioniert Festplatte. Geben Sie die Hauptmerkmale der Festplatte und ihre typischen Werte an.

Festplattenlaufwerk – (englisch HDD – Hard Disk Drive) oder Festplatte- Dies ist der Massenspeicher mit großer Kapazität, bei dem die Informationsträger runde Aluminiumplatten sind - Platten, deren beide Oberflächen mit einer Schicht aus magnetischem Material beschichtet sind. Es dient der dauerhaften Speicherung von Informationen – Programmen und Daten.

Wie bei einer Diskette sind die Arbeitsflächen der Plotter in kreisförmige konzentrische Spuren unterteilt, und die Spuren sind in Sektoren unterteilt. Die Lese-/Schreibköpfe sind zusammen mit ihrer tragenden Struktur und den Datenträgern in einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse, dem sogenannten Datenmodul, eingeschlossen. Wenn ein Datenmodul auf einem Laufwerk installiert wird, stellt es automatisch eine Verbindung zu einem System her, das gereinigte gekühlte Luft pumpt. Die Oberfläche des Plotters verfügt über eine nur 1,1 Mikrometer dicke Magnetbeschichtung sowie eine Gleitmittelschicht, die den Kopf beim Absenken und Anheben unterwegs vor Beschädigungen schützt. Wenn sich der Plotter dreht, bildet sich darüber eine Luftschicht, die dem Kopf ein Luftpolster bietet, das in einer Höhe von 0,5 Mikrometern über der Plattenoberfläche hängt.

Winchester-Laufwerke haben eine sehr große Kapazität: von 10 bis 100 GB. Bei modernen Modellen beträgt die Spindeldrehzahl (rotierende Welle) üblicherweise 7200 U/min, die durchschnittliche Datensuchzeit beträgt 9 ms, die durchschnittliche Datenübertragungsrate beträgt bis zu 60 MB/s. Im Gegensatz zu einer Diskette dreht sich eine Festplatte kontinuierlich. Alle modernen Festplatten sind mit einem eingebauten Cache (meist 2 MB) ausgestattet, der ihre Leistung deutlich verbessert. Die Festplatte ist über den Festplattencontroller mit dem Prozessor verbunden.

Was sind Geräteports? Beschreiben Sie die wichtigsten Porttypen.

Es gibt viele Klassifizierungssysteme für Computer. Wir betrachten nur einige davon und konzentrieren uns dabei auf diejenigen, die in der verfügbaren Fachliteratur und in den Medien am häufigsten erwähnt werden.

Klassifizierung nach Zweck
Die Klassifizierung nach Zweck ist eine der frühesten Klassifizierungsmethoden. Es hängt davon ab, wie der Computer genutzt wird. Nach diesem Prinzip gibt es Hauptcomputer (elektronische Computer), Minicomputer, Mikrocomputer und Personalcomputer, die wiederum in Massen-, Geschäfts-, tragbare, Unterhaltungs- und Workstations unterteilt werden.

Der Aufbau eines Computersystems wird als Konfiguration bezeichnet. Computerhardware und -software werden getrennt betrachtet. Dementsprechend werden die Hardwarekonfiguration von Computersystemen und deren Softwarekonfiguration getrennt betrachtet. Dieses Trennungsprinzip ist für die Informatik von besonderer Bedeutung, da sehr oft die Lösung derselben Probleme sowohl durch Hardware als auch durch Software bereitgestellt werden kann. Die Kriterien für die Auswahl einer Hardware- oder Softwarelösung sind Leistung und Effizienz.

Worin sehen Sie die dialektische Natur der Beziehung zwischen Software und Hardware?
Was sind die vier Hauptebenen der Software? Wie ist die Reihenfolge ihrer Interaktion?
Zu welcher Klasse gehört die im Videorecorder integrierte Software, programmierbar Waschmaschine, Mikrowelle?
Welche Vor- und Nachteile hat die Erledigung von Büroarbeiten (zum Beispiel Kopierer) mit Hard- und Software?
Welche Softwarekategorien können in der Arbeit eines Kleinunternehmens verwendet werden und für welche Zwecke?
Mit welchen Arten von Arbeiten, die für ein großes Industrieunternehmen (z. B. ein Maschinenbauwerk) typisch sind, automatisiert werden können
Computer benutzen? Welche Softwarekategorien gibt es hierfür?
notwendig?
Nennen Sie die Hauptkategorien von Software im Zusammenhang mit der Klasse der Grafikeditoren. Was ist der Hauptunterschied zwischen diesen Kategorien?
Was ist gemeinsam und was ist der Unterschied zwischen den Konzepten der Software- und Informationsunterstützung der Computertechnologie?

Die Zusammensetzung des Computersystems. Die Zusammensetzung des Computersystems Berücksichtigen Sie die Hardware- und Softwarekonfiguration m. Die Schnittstellen jedes Computersystems können in serielle und parallele unterteilt werden. Die Systemebene ist eine Übergangsebene, die die Interaktion anderer Programme eines Computersystems gewährleistet, sowohl mit Programmen der Basisebene als auch direkt mit Hardware, insbesondere mit dem Zentralprozessor.

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Vorlesung 4. Die Geschichte der Entwicklung der Computertechnologie. Klassifizierung von Computern. Die Zusammensetzung des Computersystems. Hard-und Software. Klassifizierung von Service- und Anwendungssoftware

Geschichte der Entwicklung der Computertechnologie

Die ersten Zählgeräte waren mechanische Geräte. Im Jahr 1642 ein französischer Mechaniker Blaise Pascal entwickelte ein kompaktes Summiergerät mechanischer Rechner.

1673 deutscher Mathematiker und Philosoph Leibniz habe es durch Hinzufügen verbessertMultiplikations- und Divisionsoperationen. Im Laufe des 18. Jahrhunderts wurden immer fortschrittlichere, aber immer noch mechanische Rechengeräte entwickelt, die auf Zahnrädern, Zahnstangen, Hebeln und anderen Mechanismen basierten.

Die Idee, Rechenoperationen zu programmieren, entstand stündlich Industrie. Eine solche Programmierung war starr: Derselbe Vorgang wurde zur gleichen Zeit ausgeführt (Beispielbedienung des Geräts am Kopierer).

Die Idee von flexibel ProgrammierungRechenoperationen wurde von einem englischen Mathematiker ausgedrücktCharles Babbage in den Jahren 1836-1848 Ein Merkmal seiner Analysemaschine war das Prinzip der Aufteilung von InformationenBefehle und Daten. Das Projekt wurde jedoch nicht umgesetzt.

Programme zum Rechnen auf Babbages Maschine, zusammengestellt von der Tochter des Dichters Byron Ada Lovelace (1815-1852) sind den später für die ersten Computer kompilierten Programmen sehr ähnlich. Diese wundervolle Frau wurde benanntder erste Programmierer der Welt.

Beim Wechsel vom Registrierungsmodus Bestimmungen mechanisches Gerät zum Modus Anmeldung Zustände elektronischer GeräteelementeDas Dezimalsystem ist gewordenunbequem, da die Zustände der Elemente nur sind zwei : an und aus.

Möglichkeit zur PräsentationZahlen in binärer Formwurde erstmals 1666 von Leibniz geäußert.

Die Idee, logische Aussagen in mathematische Ausdrücke zu kodieren:

• wahr (True) oder falsch (False);
• in binär 0 oder 1,

wurde in der ersten Hälfte vom englischen Mathematiker George Boole (1815-1864) realisiert 19. Jahrhundert.

Die von ihm entwickelte Boolesche Algebra der Logik fand jedoch erst im nächsten Jahrhundert Anwendung, als ein mathematischer Apparat zum Entwurf von Computerschaltungen unter Verwendung des binären Zahlensystems benötigt wurde. Der amerikanische Wissenschaftler Claude Shannon „verband“ in seiner berühmten Dissertation (1936) die mathematische Logik mit dem binären Zahlensystem und elektrischen Schaltkreisen.

In der logischen Algebra werden sie beim Erstellen von Computern verwendet Hauptsächlich 4 Operationen:

• UND (Schnittpunkt oder Konjunktion - A^b);
• ODER (Vereinigung oder Disjunktion - AVB);
• NICHT (Inversion - |A) ;
• EXKLUSIV ODER ( A*| B+| A*B).

1936 stellten der englische Mathematiker A. Turing und unabhängig von ihm E. Post das Konzept vor und entwickelten es weiterabstrakter Computer. Sie bewiesen die grundsätzliche Möglichkeit, jedes Problem durch Automaten zu lösen, sofern es algorithmisiert werden kann.

Im Jahr 1946 erstellten John von Neumann, Goldstein und Burks (Princeton Institute for Advanced Study) einen Bericht, der eine detaillierte Beschreibung enthieltPrinzipien des Baus digitaler Computerdie heute noch in Gebrauch sind.

1. Die Computerarchitektur von John von Neumann umfasst:
   1. Zentralprozessor, bestehend aus einer Steuereinheit (CU) und einer arithmetischen Logikeinheit (ALU);
   2. Speicher : betriebsbereit (RAM) und extern;
   3. Eingabegeräte;
   4. Ausgabegeräte.
2. Die von Neumann vorgeschlagenen Prinzipien des Computerbetriebs:
   1. Gedächtnishomogenität;
   2. Programmsteuerung;
   3. zielgerichtet.
3. Wir können die wichtigsten Computergenerationen und ihre Eigenschaften unterscheiden:

Jahre Anwendungen	1955 60	196065	1965 70	1970 90	Von 1990 bis das Geschenk Zeit
Basic Element	Elektronisch Lampe	Transistor	IP (1400 Elemente)	Groß IP (Zehntausende Elemente)	Groß IP (Millionen Elemente)
Computerbeispiel	IBM 701 (1952)	IBM 360-40 (1964)	IBM 370- 145 (1970)	IBM 370-168 (1972)	IBM-Server z990 2003
Schnell- Aktion, Oper./s	8 000	246 000	1 230 000	7 700 000	9*10 9
RAM-Kapazität, Byte	20 480	256 000	512 000	8 200 000	256*10 9
Notiz	Shannon, Hintergrund Neumann, Norbert Wiener	Sprachen FORTRAN, COBOL, ALGOL	Minicom- Zinn, OS MS-DOS, Betriebssystem Unix, Netz	PC, Grafik Sky OS, Internet	Künstlich- ny Intelligenz, erkenne- Rede, Laser

Die rasante Entwicklung von Computersystemen begann in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts mit der Ablehnung vonelektronische Röhren und Entwicklung Halbleiter, und dann Lasertechnologie.

Effizienz Computer (Computer) erlebten in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts mit der Entwicklung von Prozessoren einen erheblichen Aufschwungintegrierte Schaltkreise.

In den 80er Jahren kam es zu einem qualitativen Sprung in der Entwicklung von Computern XX Jahrhundert mit der Erfindung persönlicher Computer und Entwicklung der Welt Informationsnetzwerk - das Internet.

Computerklassifizierung

1. Nach Vereinbarung:
   • Supercomputer;
   • Server;
   • eingebettete Computer (Mikroprozessoren);
   • Personalcomputer (PC).

Supercomputer – Rechenzentren – wurden geschaffen, um äußerst komplexe Rechenprobleme zu lösen (Modellierung komplexer Phänomene, Verarbeitung extrem großer Informationsmengen, Erstellung von Prognosen usw.).

Server (vom englischen Wort dienen zum Bedienen, Verwalten) – Computer, die den Betrieb eines lokalen oder globalen Netzwerks gewährleisten und auf die Bereitstellung von Informationsdiensten und die Wartung von Computern großer Unternehmen, Banken, Bildungseinrichtungen usw. spezialisiert sind.

Eingebettete Computer (Mikroprozessoren) sind in der Fertigung und in Haushaltsgeräten weit verbreitet, wo die Steuerung auf die Ausführung einer begrenzten Befehlsfolge reduziert werden kann (Roboter auf einem Förderband, an Bord, in Haushaltsgeräte integriert usw.).

Persönliche Computer ( PC ) sind für die Arbeit einer Person konzipiert und werden daher überall eingesetzt. Als Geburtsstunde gilt der 12. August 1981, als IBM sein erstes Modell vorstellte. Der PC hat im Leben von Millionen Menschen eine Computerrevolution ausgelöst und einen enormen Einfluss auf die Entwicklung der menschlichen Gesellschaft gehabt.

PC sind in Massen-, Business-, tragbare, Unterhaltungs- und Workstations unterteilt.

PC-Standards:

• Consumer-PC (Masse);
  • Büro-PC (Business);
  • Unterhaltungs-PC (Unterhaltung);
  • Arbeitsplatz-PC (Workstation);
  • Mobiler PC (tragbar).

Die meisten PCs sind riesig.

Geschäftsbüro) PC enthalten professionelle Programme, minimieren aber die Anforderungen an grafische Mittel und Mittel zur Tonwiedergabe.

In der Unterhaltung PC Mittel sind weithin verfügbar Multimedia.

Workstations haben erhöhte Anforderungen an die Datenspeicherung.

Für tragbare Geräte ist der Zugriff auf ein Computernetzwerk zwingend erforderlich.

1. Nach Spezialisierungsgrad:
   • Universal;
   • spezialisiert (Beispiele: Dateiserver, Netz Server, Druckserver usw.).
2. Nach Größen:
   • Desktop (Desktop);
   • tragbar (Notebook, iPad);
   • Tasche (Handfläche);
   • mobile Computergeräte (PDA - Persönlicher digitaler A ssist a nt), die die Funktionen von Palmtops und Mobiltelefonen vereinen.
3. Zur Hardwarekompatibilität:
   • IBM-PC;
   • Apple Macintosh.
4. Nach Prozessortyp:
   • Intel (in Personalcomputern von IBM);
   • Motorola (in Macintosh-Personalcomputern).

Die Zusammensetzung des Computersystems

Berücksichtigen Sie die Hardware- und Softwarekonfiguration, da häufig die Lösung derselben Aufgaben sowohl von Hardware als auch von Software bereitgestellt werden kann. Das Kriterium ist jeweils die Effizienz der Arbeit.

Man geht davon aus, dass die Steigerung der Arbeitseffizienz durch die Entwicklung von Hardware im Durchschnitt teurer ausfällt, die Umsetzung von Lösungen durch Software erfordert jedoch hochqualifiziertes Personal.

Hardware

zur Hardware Computersysteme umfassenGeräte und Geräte(unter Verwendung eines blockmodularen Designs).

Je nach Anordnung der Geräte relativ zur Zentraleinheit werden interne und externe Geräte unterschieden. Extern sind I/O-Geräte (Peripheriegeräte) und zusätzliche Geräte Entwickelt für die langfristige Datenspeicherung.

Die Koordination zwischen einzelnen Blöcken und Knoten erfolgt mit Hilfe von Übergangs-Hardware-Logikgeräten – Hardware-Schnittstellen, die nach anerkannten Standards arbeiten.

Die Schnittstellen jedes Computersystems können bedingt unterteilt werden inseriell und parallel.

Parallele Schnittstellen sind komplexer, erfordern eine Synchronisierung zwischen Sender und Empfänger, weisen jedoch eine höhere Leistung auf, was gemessen wirdBytes pro Sekunde(Byte/s, Kbyte/s, MByte/s). Sie werden (heute nur noch selten) beim Anschluss eines Druckers verwendet.

Sequentiell – einfacher und langsamer nennt man sieasynchrone Schnittstellen. Aufgrund der fehlenden Synchronisierung der Pakete werden den Nutzdaten Pakete mit Dienstdaten vorangestellt und vervollständigt (1–3 Dienstbits pro 1 Byte). Die Leistung wird gemessenBits pro Sekunde(Bit/s, Kbit/s, Mbit/s).

Sie dienen zum Anschluss von Eingabe-, Ausgabe- und Speichergeräten wie Maus, Tastatur, Flash-Speicher, Sensoren, Diktiergeräten, Videokameras, Kommunikationsgeräten, Druckern usw.

Standards auf Hardware-Schnittstellen in VT aufgerufen werden Protokolle. Ein Protokoll ist eine Reihe technischer Bedingungen, die von Computertechnologieentwicklern bereitgestellt werden müssen, um den Gerätebetrieb erfolgreich zu koordinieren.

Software

Software (Software) oder Softwarekonfiguration sind Programme (geordnete Befehlsfolgen). Es gibt eine Beziehung zwischen Programmen: Einige arbeiten auf der Grundlage anderer (auf einer niedrigeren Ebene), das heißt, wir sollten über eine Schnittstelle zwischen Programmen sprechen.

1. Grundstufe (BIOS) - die unterste Ebene. Die zugrunde liegende Software ist für die Interaktion mit der zugrunde liegenden Hardware verantwortlich. Auf dem Chip ist die Basissoftware gespeichert dauerhaft Speichermedium - ROM (Nur-Lese-Speicher (ROM)).

Wenn die Parameter der Grundausstattung während des Betriebs geändert werden müssen, wenden Sie sich anumprogrammierbar Löschbarer und programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM) ). Die Implementierung des PROM erfolgt über einen „nichtflüchtigen Speicher“-Chip bzw CMOS , was auch funktioniert, wenn der Computer hochfährt.

1. System Level- vorübergehend, um die Interaktion anderer Programme des Computersystems sicherzustellen, sowohl mit Programmen der Basisebene als auch direkt mit der Hardware, insbesondere mit dem Zentralprozessor.

Die Systembetreuung umfasst:

• Gerätetreiber- Programme, die die Interaktion eines Computers mit bestimmten Geräten sicherstellen;
• Installationswerkzeuge Programme;
• Standardmittel Benutzeroberfläche,Bereitstellung einer effektiven Interaktion mit dem Benutzer, Eingabe von Daten in das System und Erhalt eines Ergebnisses.

Der Satz von Programmen auf Systemebene bildet sichKern Betriebssystem PC.

Wenn der Computer mit Software auf Systemebene ausgestattet ist, ist er bereits vorbereitet:

• zur Interaktion von Software mit Hardware;
• um Programme höherer Ebenen zu installieren;
• und vor allem auf die Benutzerinteraktion.

obligatorisch und im Allgemeinen ausreichend Zustand zu gewährleisten arbeiten Person am Computer.

1. Service LevelMit der Software können Sie sowohl mit Programmen der Basisebene als auch mit Programmen der Systemebene arbeiten. Der Hauptzweck von Dienstprogrammen (Dienstprogrammen) besteht darin, die Überprüfung, Einrichtung und Konfiguration eines PCs zu automatisieren. Darüber hinaus dienen sie der Erweiterung und Verbesserung der Funktionen von Systemprogrammen. Einige der Service-Level-Programme sind zunächst standardmäßig im Betriebssystem enthalten.

Für die Entwicklung und den Betrieb von Dienstprogrammen gibt es zwei alternative Richtungen: die Integration in das Betriebssystem und den eigenständigen Betrieb.

Im zweiten Fall bieten sie dem Benutzer mehr Möglichkeiten, seine Interaktion mit Hardware und Software zu personalisieren.

1. Anwendungsschichtist eine Reihe von Anwendungsprogrammen, mit deren Hilfe bestimmte Aufgaben an einem bestimmten Arbeitsplatz ausgeführt werden. Ihr Spektrum ist sehr breit (von industriell bis unterhaltsam).

Verfügbarkeit von Anwendungssoftware und Umfang der Funktionalität PC hängt direkt vom verwendeten Betriebssystem ab, also davon, welche Systemtools sein Kernel enthält und wie er somit für die Interaktion sorgt: Eine Person programmiert Geräte.

Klassifizierung von Dienstprogrammsoftware

1. Dateimanager (Dateimanager). Sie kopieren, verschieben und benennen Dateien um, erstellen Verzeichnisse, löschen Dateien und Verzeichnisse, suchen nach Dateien und navigieren durch die Dateistruktur (z. B. Explorer ( Windows Explorer).
2. Archivierer Tools zur Dateikomprimierung
3. Viewer- und Wiedergabetools. Einfache und vielseitige Viewer, die keine Bearbeitung ermöglichen, Ihnen aber die Anzeige (Wiedergabe) von Dokumenten unterschiedlicher Art ermöglichen.
4. Diagnosewerkzeugeum die Prozesse der Software- und Hardwarediagnose zu automatisieren. Sie dienen nicht nur der Fehlerbehebung, sondern auch der Optimierung der Computerleistung.
5. Mittel zur Kontrolle (Überwachung).) oder Monitore – ermöglichen Ihnen die Überwachung der im Computer ablaufenden Prozesse. Es werden zwei Modi verwendet: Echtzeitüberwachung und -steuerung mit Aufzeichnung der Ergebnisse in einer Protokolldatei (wird verwendet, wenn die Überwachung automatisch und aus der Ferne erfolgen muss).
6. Installationsmonitore- Bietet Kontrolle über die Softwareinstallation, überwacht den Zustand der Umgebung und ermöglicht die Wiederherstellung von Links, die durch das Entfernen zuvor installierter Programme verloren gegangen sind.

Die einfachsten Monitore sind normalerweise Teil des Betriebssystems und auf Systemebene platziert.

1. Kommunikationsmedien(Kommunikationsprogramme) - Verbindungen mit Remote-Computer, dienen der Übermittlung von E-Mail-Nachrichten etc.
2. Computersicherheitstools(aktiv und passiv). Passiver Schutz bedeutet, dass es sich um Programme handelt Exemplar reservieren. Als aktiver Schutz wird Antivirensoftware eingesetzt.
3. Elektronische Mittel Digitale Unterschrift (EDS).

Klassifizierung von Anwendungsprogrammen

1. Texteditoren(Notizblock, WordPad , Lexikon, Herausgeber Norton Commander usw.).
2. Textverarbeitungen(Erlauben Sie nicht nur, Texte einzugeben und zu bearbeiten, sondern auch zu formatieren, d. h. sie zu formatieren.) Somit umfassen die Mittel von Textverarbeitungsprogrammen auch Mittel zur Bereitstellung von Interaktion Text, Grafiken , Tabellen sowie ein Mittel zur Automatisierung des Formatierungsprozesses (Word).
3. Grafikeditor. Dies sind Raster (Punkt), Vektor Editoren und Erstellungstools dreidimensional Grafiken (3D-Editoren).

In Rastereditoren ( Malen ) Ein grafisches Objekt wird als Kombination von Punkten dargestellt, von denen jeder die Eigenschaften Helligkeit und Farbe hat. Diese Option ist in Fällen wirksam, in denen das Bild viele Halbtöne aufweist und Informationen über die Farbe der Elemente des Objekts wichtiger sind als Informationen über deren Form. Rastereditoren werden häufig zum Retuschieren von Bildern und zum Erstellen von Fotoeffekten verwendet. Sie sind jedoch nicht immer praktisch zum Erstellen neuer Bilder und unwirtschaftlich, weil Bilder haben viel Redundanz.

In Vektoreditoren ( Coreldraw ) Das Elementarobjekt des Bildes ist kein Punkt, sondern eine Linie. Dieser Ansatz ist typisch für zeichnerische und grafische Arbeiten, bei denen die Form der Linien wichtiger ist als Informationen über die Farbe der einzelnen Punkte, aus denen sie bestehen. Diese Darstellung ist wesentlich kompakter als die Bitmap-Darstellung. Vektoreditoren eignen sich zum Erstellen von Bildern, werden jedoch praktisch nicht für die Bearbeitung fertiger Zeichnungen verwendet.

Mit 3D-Grafikeditoren können Sie das Zusammenspiel von Objektoberflächeneigenschaften mit den Eigenschaften von Lichtquellen flexibel steuern sowie 3D-Animationen erstellen, weshalb sie auch als 3D-Grafikeditoren bezeichnet werden. D-Animatoren.

1. Datenbankmanagementsystem(DBMS). Ihre Hauptfunktionen sind:

• Erstellen einer leeren Datenbank;
• Bereitstellung der Mittel zum Auffüllen und Importieren von Daten aus Tabellen in einer anderen Datenbank;
• Bereitstellung von Datenzugriffs-, Such- und Filtertools.

1. Tabellenkalkulationen. Dabei handelt es sich um komplexe Werkzeuge zur Speicherung und Verarbeitung von Daten (übertreffen ). Stellen Sie eine breite Palette von Methoden für die Arbeit mit numerischen Daten bereit.
2. Computergestützte Designsysteme(CAD-Systeme). Entwickelt, um Entwurfsarbeiten zu automatisieren, kann außerdem elementare Berechnungen durchführen und Strukturelemente aus Datenbanken auswählen.
3. Desktop-Publishing-Systeme. Entwickelt, um den Prozess des Ausschießens gedruckter Veröffentlichungen zu automatisieren. Sie nehmen eine Zwischenstellung zwischen Textverarbeitungsprogrammen und automatischen Designsystemen ein. Ein typischer Anwendungsfall ist die Anwendung auf Dokumente, die in Textverarbeitungs- und Grafikeditoren vorverarbeitet wurden.
4. Expertensysteme(Analyse von in Wissensdatenbanken enthaltenen Daten). Ihr charakteristisches Merkmal ist die Fähigkeit zur Selbstentwicklung (bei Bedarf generiert sie einen ausreichenden Fragenkatalog für einen Experten und verbessert automatisch dessen Qualität).
5. WEB-Editoren . Kombinieren Sie die Eigenschaften von Text- und Grafikeditoren und sind zum Erstellen und Bearbeiten gedacht WEB-Dokumente.
6. Browser (Zuschauer WEB-Dokumente).
7. Integrierte Geschäftssysteme.Hauptfunktionen Bearbeiten und Formatieren einfachster Dokumente, Zentralisierung der E-Mail-, Fax- und Telefonkommunikation, Versand und Überwachung von Unternehmensdokumenten.
8. Buchhaltung Systeme kombinieren die Funktionen von Text- und Tabellenkalkulationseditoren, automatisieren die Vorbereitung und Abrechnung von Primärdokumenten, die Führung von Buchhaltungsplankonten und die Erstellung regelmäßiger Berichte.
9. FinanzanalyseSysteme. Wird in Bank- und Börsenstrukturen verwendet. Sie ermöglichen es Ihnen, die Situation auf den Finanz-, Aktien- und Rohstoffmärkten zu kontrollieren und vorherzusagen, zu analysieren und Berichte zu erstellen.
10. GeoinformationenSysteme (GIS). Sind für die Automatisierung kartografischer und geodätischer Arbeiten bestimmt.
11. VideobearbeitungssystemeVideoverarbeitung.
12. Lehrreich, entwickelnd, nachschlagend und unterhaltsamProgramme. Ihre Besonderheit sind die gestiegenen Anforderungen an Multimedia-Tools (Musikkompositionen, grafische Animation und Videos).

Neben Hardware und Software gibt esInformationsunterstützung(Rechtschreibprüfung, Wörterbücher, Thesauri usw.)

In spezialisierten Computersystemen (an Bord) wird eine Reihe von Software- und Informationsunterstützungen genannt mathematische Software.

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Das Konzept eines Computersystems

Ein spezifischer Satz interagierender Geräte und Programme, die für einen Arbeitsbereich konzipiert sind, wird aufgerufen Computersystem.

Als bezeichnet wird eine Reihe von Geräten, die für die automatische oder automatisierte Datenverarbeitung ausgelegt sind Computertechnologie oder Hardware. Die Zusammensetzung des Computersystems wird aufgerufen Aufbau. Hardware und Software eines Computersystems werden getrennt betrachtet.

Die Kriterien für die Auswahl einer Hardware- und Softwarelösung sind Leistung Und Effizienz.

Das zentrale Gerät eines Computersystems ist ein Computer. Computer ist ein elektronisches Gerät zur Automatisierung der Erstellung, Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Daten. Obwohl Hardware und Software getrennt betrachtet werden, ist zu beachten, dass diese Mittel eines Computersystems in enger Verbindung und in kontinuierlicher Interaktion arbeiten.

Die Geschichte der Entwicklung der Computertechnologie. Generationen von Computern.

(Wird Studierenden zum Selbststudium angeboten).

Computerklassifizierung

Der massenhafte Einsatz von PCs darf nicht darüber hinwegtäuschen, dass es neben PCs noch andere weitaus leistungsfähigere Rechensysteme gibt:

Supercomputer;

große Computer (Mainframes);

· Minicomputer;

Mikrocomputer (dazu zählen auch Personal-PCs).

Diese Computer sind:

Leistung;

Größen;

funktionaler Zweck.

Computerarchitektur und -struktur

Bei der Betrachtung von Computergeräten ist es üblich, zwischen Architektur und Struktur zu unterscheiden.

die Architektur Eine Beschreibung eines Computers wird auf einer allgemeinen Ebene als seine Beschreibung bezeichnet, einschließlich einer Beschreibung der Programmierfähigkeiten des Benutzers, der Befehlssysteme, der Adressierungssysteme, der Speicherorganisation usw. Die Architektur bestimmt die Funktionsprinzipien, Informationsverbindungen und die Verbindung der wichtigsten logischen Knoten eines Computers: Prozessor, Arbeitsspeicher, externer Speicher und Peripheriegeräte. Die gemeinsame Architektur verschiedener Computer gewährleistet deren Kompatibilität aus Benutzersicht.

Struktur Ein Computer ist eine Reihe seiner Funktionselemente und Verbindungen zwischen ihnen. Die Elemente können sein verschiedene Geräte- von den wichtigsten logischen Knoten eines Computers bis zu den einfachsten Schaltkreisen. Der Aufbau eines Computers wird grafisch in Form von Blockdiagrammen dargestellt, mit denen sich der Computer in jedem Detaillierungsgrad beschreiben lässt.

klassische Architektur(von Neumann-Architektur) – eine arithmetisch-logische Einheit (ALU), durch die der Datenfluss verläuft, und eine Steuereinheit (CU), durch die der Befehlsfluss verläuft – das Programm. Das Einprozessor-Computer. Zu dieser Art von Architektur gehört auch die Architektur eines Personalcomputers gemeinsamer Bus. Alle Funktionsblöcke sind hier durch einen gemeinsamen Bus, auch Bus genannt, miteinander verbunden Systemautobahn. Physikalisch handelt es sich bei der Amtsleitung um eine mehradrige Leitung mit Buchsen zum Anschluss elektronischer Schaltkreise. Der Stammkabelsatz ist in separate Gruppen unterteilt: Adressbus, Datenbus und Steuerbus.

Für das effektive Studium angewandter Computertechnologien ist es äußerst wichtig, ein klares Verständnis der Hardware und Software der Computertechnologie zu haben. Die Zusammensetzung der Computertechnologie wird aufgerufen Aufbau . Computerhardware und -software werden getrennt betrachtet. Dementsprechend betrachten wir gesondert Hardwarekonfiguration und ihnen Programm Aufbau. Dieses Trennungsprinzip ist für die Informatik von besonderer Bedeutung, da sehr oft die Lösung derselben Probleme sowohl durch Hardware als auch durch Software bereitgestellt werden kann. Die Kriterien für die Auswahl einer Hardware- oder Softwarelösung sind Leistung und Effizienz. Geben Sie beispielsweise Text entweder in einem Texteditor ein oder verwenden Sie einen Scanner.

Grundlegende Hardwarekonfiguration eines Personalcomputers

Der Personal Computer ist ein universelles technisches System. Sein Aufbau (Zusammensetzung der Ausstattung) kann je nach Bedarf flexibel verändert werden. Es gibt jedoch ein Konzept Basiseinstellung , was als typisch gilt, d.h. Mindestausrüstung. In einem solchen Kit wird normalerweise der Computer mitgeliefert. Das Konzept einer Grundkonfiguration kann sich ändern. Derzeit werden folgende Geräte in der Grundkonfiguration berücksichtigt (Abb. 2.1.):

Werfen wir einen Blick auf seine Teile.

Zu den wichtigsten technischen Mitteln eines Personalcomputers gehören:

- Systemeinheit;

- Monitor (Anzeige);

- Klaviatur.

Darüber hinaus können Sie beispielsweise eine Verbindung zu einem Computer herstellen:

- Drucker;

- Maus;

- Scanner;

- Modem (Modulator-Demodulator);

- Plotter;

- Joystick usw.

Systemeinheit

Die Systemeinheit ist der Hauptknoten, in dem die wichtigsten Komponenten installiert sind. Systemeinheit (siehe Abb. 2.2., 2.3.) - Dies ist ein Fall, in dem sich fast die gesamte Hardware des Computers befindet.

Geräte im Inneren Systemblock genannt intern, und von außen daran angeschlossene Geräte werden aufgerufen extern. Externe Optionen, auch genannt peripher.

Interne Organisation Systemblock:

· Hauptplatine;

· Festplatte:

Diskettenlaufwerk;

CD-ROM-Laufwerk;

Grafikkarte (Videoadapter);

· Soundkarte;

· Netzteil.

Systeme befinden sich auf Hauptplatine :

· Rom;

Prozessor;

ROM-Chip und BIOS-System;

Busschnittstellen usw.

Magnetplatten sind im Gegensatz zu RAM für die dauerhafte Speicherung von Informationen konzipiert.

Es gibt zwei Arten von Magnetplatten, die in einem PC verwendet werden:

Festplatte (Festplatte);

Wechselbare Disketten (Disketten).

Festplatte dient der dauerhaften Speicherung von Informationen, die bei der Arbeit mehr oder weniger häufig verwendet werden: Betriebssystemprogramme, Compiler aus Programmiersprachen, Service-(Wartungs-)Programme, Benutzeranwendungsprogramme, Textdokumente, Datenbankdateien usw. Winchester ist Disketten hinsichtlich Zugriffsgeschwindigkeit, Kapazität und Zuverlässigkeit weit überlegen.