Наиболее  распространены следующие архитектурные  решения.

    · Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа (рис. 2.1). Это однопроцессорный компьютер.   К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью.

    Периферийные  устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.

    · Многопроцессорная архитектура. Наличие в компьютере нескольких процессоров означает, что параллельно может быть организовано много потоков данных и много потоков команд. Таким образом, параллельно могут выполняться несколько фрагментов одной задачи. Структура такой машины, имеющей общую оперативную память и несколько процессоров, представлена на рис. 2.3.

      
   
Рис. 2.1. Архитектура многопроцессорного компьютера

    · Многомашинная вычислительная система. Здесь несколько процессоров, входящих в вычислительную систему, не имеют общей оперативной памяти, а имеют каждый свою (локальную). Каждый компьютер в многомашинной системе имеет классическую архитектуру, и такая система применяется достаточно широко. Однако эффект от применения такой вычислительной системы может быть получен только при решении задач, имеющих очень специальную структуру: она должна разбиваться на столько слабо связанных подзадач, сколько компьютеров в системе.

    Преимущество  в быстродействии многопроцессорных  и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными  очевидно.

    · Архитектура с параллельными процессорами. Здесь несколько АЛУ работают под управлением одного УУ. Это означает, что множество данных может обрабатываться по одной программе — то есть по одному потоку команд. Высокое быстродействие такой архитектуры можно получить только на задачах, в которых одинаковые вычислительные операции выполняются одновременно на различных однотипных наборах данных. Структура таких компьютеров представлена на рис. 2.4.

      
   
Рис. 2.2. Архитектура с параллельным процессором

    В современных машинах часто присутствуют элементы различных типов архитектурных  решений. Существуют и такие архитектурные  решения, которые радикально отличаются от рассмотренных выше.

    Большинство современных компьютеров являются IBM PS – совместимыми персональными  компьютерами – подразумевается, что  они совместимы с компьютером IBM PS, разработанным в 1981 г. фирмой IBM.

    Совместимость – возможность исполнения на любой  модели совместимого компьютера любой  программы, записанной для этого  вида компьютера (программная совместимость) и возможность независимого подключения  к различным компьютерам различных  внешних устройств (аппаратная совместимость). В основе совместимости компьютеров  лежит принцип открытой архитектуры  – возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей.

    Наиболее  распространенные компьютеры других типов:

    - мэйнфрэймы – большие ЭВМ –  используются для обработки больших  объемов информации, исключительно  надежны, обладают высоким быстродействием.  Используются в больших корпорациях,  банках…

    - супер-ЭВМ – компьютер, предназначенный  для выполнения объемных вычислений. Используется в научных, военных  целях, геологии, метеорологии.

    - мини-ЭВМ – компьютеры, использующиеся  для тех задач, где не достаточно  ПК и для централизованного  хранения и обработки данных. Используется в крупных фирмах, учебных заведениях и др.

    - рабочие станции – младшие  модели мини – ЭВМ, предназначены  для работы с одним пользователем.  Очень высокая производительность.

    - компьютеры типа Макинтош –  один из видов ПК, несовместимых  с IBM PC.

    - переносные и карманные компьютеры: ноутбуки, лэптопы.

    Поколение ПК.

1. 1946 – 1947 – ламповые.
2. 1955 – на полупроводниковых приборах.
3. 1965 – на интегральных схемах.
4. 1980 – сверхбольшие интегральные схемы.

    Классическая  модель цифровой ЭВМ.

    В конце 1940 гг. Джоном Фоннейманом разработана  классическая модель цифровой ЭВМ. Согласно модели Фоннеймана в состав ЭВМ входят 3 устройства:

    - арифметическое устройство (АУ);

    - устройство управления (УУ);

    - запоминающее устройство (ЗУ).

    Кроме того, в состав машины входят внешние  устройства, через которые в память вводится исходная информация, и выводятся  результаты вычислений, а также пульт  управлений для начального запуска  машины, контроля хода вычислений и  при необходимости остановки  вычислений.

    Модель  Фоннеймана.

    ЗУ  состоит из ряда ячеек (регистры), в  каждой из которых может храниться  одно машинное слово. УУ посылает ЗУ сигнал для чтения инструкций по заданному  адресу и принимает ее в свой регистр. УУ вырабатывает управляющие сигналы  для ЗУ и АУ.

3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

    В основу работы компьютеров положен  принцип управления, состоящий в  том, что компьютер выполняет  действие по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность  использования компьютера.

    Программное обеспечение – совокупность программ, процедур и правил, а также документации, касающихся функционирования системы  обработки данных. Состав программ, обеспечивающих вычислительные системы, называется программной конфигурацией.

    Связь между программами называется междупрограммным интерфейсом.

    Уровни  программного обеспечения представляют собой пирамиду, где каждый высший уровень базируется на программном  обеспечении предшествующих уровней.

    Прикладной  уровень

    ↓

    Служебный уровень

    ↓

    Системный уровень

    ↓

    Базовый уровень.

    Базовый – отвечает за взаимодействие с  базовыми аппаратными средствами (БИОЗ).

    Системный – обеспечивает взаимодействие других программ компьютера с другими программами  базового уровня, с аппаратным обеспечением и с пользователем.

    Включает  в себя:

    - операционные системы;

    - сетевые системы;

    - сервисные программы (утилиты);

    - программы – оболочки.

    Служебный – автоматизация работ по проверке и настройке компьютерной системы (диспетчеры файлов, архиваторы, средства диагностики, программы инсталляции, средства коммуникации, средства просмотра  и воспроизведения, средства компьютерной безопасности).

    Прикладной  – комплекс прикладных программ, с  помощью которых выполняются  конкретные задачи (производственные, учебные, творческие, развлекательные). К ним относятся – текстовые  редакторы, графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных (СУБД), программы трансляторы, узкопрофессиональные программы, игровые, обучающие, мультимедийные программы.

    Программы, которые остаются в памяти после  включения на все время работы компьютера, называются резидентными.

    Широта  функциональных возможностей компьютера зависит непосредственно от типа имеющейся операционной системы, системных  средств и взаимодействия «человек – программа – оборудование».

    Операционные  системы (ОС) – резидентная программа, автоматически запускающаяся после включения питания. ОС управляет работой всех устройств компьютера, осуществляет диалог с пользователем и запускает на использование другие программы. ОС играет роль посредника между пользователем и компьютером. Она скрывает от пользователя не нужные ему подробности работы компьютера.

    Некоторые из ОС:

    - MS DOS – дисковая операционная  система;

    - NORTON COMMANDER.

    - в начале 90-х гг. – WINDOWS – графический  интерфейс (3.1, 3.11, 95, 98, 2000, XP).

    ОС MS DOS и WINDOWS состоят из двух частей:

    1. базовая система ввода – вывода, размещающаяся в ПЗУ (прикладное  запоминающее устройство);

    2. представляет собой набор файлов, находящихся на так называемом  системном диске.

    Программа, управляющая работой какого –  либо из устройств ПК называется драйвером. Драйвера входят в состав ОС.

    Аппаратное  обеспечение ПК.

    Базовая аппаратная конфигурация ПК.

    ПК  – универсальная техническая  система, состав оборудования в которой  можно гибко изменять по мере необходимости.

    Существует  понятие базовой конфигурации, которую  считают типовой. В таком комплекте  компьютер обычно поставляется (системный  блок, монитор, клавиатура, мышь).

    Системный блок (СБ) – основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты.

    Устройства, находящиеся внутри СБ – внутренние. А устройства, подключенные к нему снаружи – периферийными, наружными.

    Параметры СБ:

    - форм – фактор (габаритные параметры)  – физические параметры системной  платы, определяющие тип корпуса  СБ, в котором она может быть  установлена.

    Бывают  стандартными и нестандартными.

    Мощность  блока питания от 150 до 300 Вт.

    Монитор – устройство визуального представления  данных (УВ).

    Параметры монитора: