Многоуровневая компьютерная организация

Типы, виды персональных компьютеров

Настольные

Настольные компьютеры (Desktop) являются наиболее распространенными. Это и офисные, и обучающие, и персональные компьютеры начального уровня. Все они имеют практически одинаковые характеристики: 32- или 64-разрядную архитектуру, шинную организацию системы, стандартизованные аппаратные и программные средства.

Портативные компьютеры

Портативные компьютеры: ноутбуки, субноутбуки, микрокомпьютеры отличаются мобильной конструкцией и наличием комбинированного питания. Клавиатура у портативных компьютеров чаще всего укороченная: 84-86 клавиш (вместо 101 у настольных ПК), но к ним может подключаться разъем для полной клавиатуры. У самых маленьких компьютеров для нажатия на клавиши используется специальная указка (стилус). Для управления курсором иногда используются сенсорные экраны, на которых можно передвигать курсор, прикасаясь к их поверхности указкой или пальцем. Вместо мыши используются трекболы, трекпойнты или трекпады — это неподвижные манипуляторы с вращающимися шарами или сенсорными кнопками.

Различают следующие виды портативных компьютеров

Ноутбуки

Ноутбуки (Laptop) выполняют все функции настольных ПК. Конструктивно они оформлены в виде футляра размером 300 х 200 мм, толщиной 50 мм и массой примерно 4 кг. В корпус ноутбука встроены материнская плата с микропроцессором, модульное ОЗУ, винчестер, привод для чтения/записи дисков CD и DVD..

Субноутбуки

Субноутбуки, нетбуки или электронные секретари PDA (Personal Digital Assistant), являются облегченными вариантами ноутбука. Граница между ноутбуками и субноутбуками весьма условна. Обычно считают, что масса ноутбука колеблется от 2,5 до 4 кг, а субноутбука от 0,9 до 2,5 кг.

Электронные секретари имеют модемы и могут обмениваться информацией с другими ПК, а при подключении к вычислительной сети могут получать и отправлять электронную почту и факсы. Отдельные модели PDA для дистанционного беспроводного обмена информацией с другими компьютерами оборудованы радиомодемами и инфракрасными портами.

Микрокомпьютеры

Микрокомпьютеры, или палмтопы (Palmtop), названы так по имени разработавшей их фирмы Palm Computing. Конструктивно они подразделяются на два основных типа. Один из них представляет собой две соединенные панели, которые могут складываться наподобие записной книжки. На одной панели располагается мини-клавиатура, на другой — сенсорный экран. Для управления программами используется специальная ручка (стилус). Другой тип палмтопа — карманный персональный компьютер (КПК) — состоит из одной панели, без клавиатуры.

Многоуровневая компьютерная организация

Последовательность команд, описывающих решение определенной задачи, называется программой. Электронные схемы каждого компьютера могут распознавать и выполнять ограниченный набор простых команд.

Эти примитивные команды в совокупности составляют язык, на котором люди могут общаться с компьютером. Такой язык называется машинным языком. Разработчик при создании нового компьютера должен решать, какие команды включить в машинный язык этого компьютера. Это зависит от назначения компьютера, от того, какие задачи он должен выполнять. Обычно стараются сделать машинные команды как можно проще, чтобы избежать сложностей при конструировании компьютера и снизить затраты на необходимую электронику. Так как большинство машинных языков очень примитивны, использовать их трудно и утомительно.

Это простое наблюдение с течением времени привело к построению ряда уровней абстракций, каждая из которых надстраивается над абстракцией более низкого уровня. Именно таким образом можно преодолеть сложности при общении с компьютером.

Многоуровневая компьютерная организация – подход, при котором рассматривается ряд абстракций, каждая из которых надстраивается над абстракцией более низкого уровня.

Большинство современных компьютеров состоит из двух и более уровней. Существуют машины даже с шестью уровнями.

Уровень 0. Цифровой логический уровень. Представляет собой аппаратное обеспечение машины. Его электронные схемы выполняют программы, написанные на языке уровня 1.

Ради полноты нужно упомянуть о существовании еще одного уровня, расположенного ниже уровня 0. Этот уровень не показан на рисунке, так как он попадает в сферу электронной техники. Он называется уровнем физических устройств. На этом уровне находятся транзисторы, которые являются примитивами для разработчиков компьютеров. Объяснять, как работают транзисторы, — задача физики.

Многоуровневая компьютерная организация

Объекты на уровне 0 называются вентилями. Вентили состоят из аналоговых компонентов (транзисторы) и смоделированы как цифровые средства, на входе у которых цифровые сигналы (или набор 0 и 1), а на выходе – результат простых функций («И» или «ИЛИ»). Каждый вентиль формируется из нескольких транзисторов. Несколько вентилей формируют 1 бит памяти, который может содержать 0 или 1. Биты памяти, объединенные в группы, например, по 16,32 или 64, формируют регистры. Каждый регистр может содержать одно двоичное число до определенного предела. Из вентилей также может состоять сам компьютер.

Уровень 1. Микроархитектурный уровень. Представляет собой локальную память ( совокупность регистров) и схему, называемую АЛУ (арифметико-логическое устройство). АЛУ выполняет простые арифметические операции. Регистры вместе с АЛУ формируют тракт данных, по которому поступают данные. Основная операция тракта данных состоит в следующем. Выбирается один или два регистра, АЛУ производит над ними какую-либо операцию, например сложения, а результат помещается в один из этих регистров.

На некоторых машинах работа тракта данных контролируется особой программой, которая называется микропрограммой. На других машинах тракт данных контролируется аппаратными средствами. Раньше этот уровень можно было назвать «уровнем микропрограммирования», потому что раньше он почти всегда был интерпретатором программного обеспечения.

Уровень 2. Уровень архитектуры команд. Этот уровень включает набор машинных команд, которые выполняются микропрограммой-интерпретатором или аппаратным обеспечением.

Машинный язык, язык программирования, содержание и правила которого реализованы аппаратными средствами ЦВМ. М. я. состоит из системы команд ЦВМ и метода кодирования информации (исходных данных, результатов вычислений), принятого в ЦВМ. Символами М. я. являются двоичные цифры; как правило, символы группируются в конструкции (морфемы) — адреса в командах, коды операций и признаки команд; из команд составляются программы, реализующие алгоритмы задач. Эффективность решения различных задач на ЦВМ в значительной степени зависит от того, насколько М. я. приспособлен для реализации заданных алгоритмов. В программе, составленной на М. я., или, как иногда говорят, в машинном коде, должны быть заданы вполне определённые команды для выполнения каждой операции. При этом точно указывается, где должны храниться числа (ячейка запоминающего устройства), как пересылать и обрабатывать числа и где хранить результаты вычислений.

Интерпретация —покомандное выполнение исходного кода программы интерпретатором без предварительной компиляции.

Трансляция программы — преобразование программы, представленной на одном из языков программирования, в программу на другом языке и, в определённом смысле, равносильную первой.

Микропрограмма — системное программное обеспечение, встроенное («зашитое») в аппаратное устройство, и хранящееся в его энергонезависимой памяти.

Многоуровневая компьютерная организация

Уровень 3. Уровень операционной системы. Этот уровень включает набор команд уровня 2. Оставшаяся часть команд интерпретируется операционной системой. Особенности уровня: набор новых команд, собственная организация памяти, способность выполнять две и более программ одновременно и др. При построении третьего уровня возможно больше вариантов, чем при построении первого и второго.

Между третьим и четвертым уровнями есть существенная разница. Нижние три уровня конструируются не для того, чтобы с ними работал обычный программист. Они изначально предназначены для работы интерпретаторов и трансляторов, поддерживающих более высокие уровни. Эти трансляторы и интерпретаторы составляются так называемыми системными программистами, которые специализируются на разработке и построении новых виртуальных машин. Уровни с четвертого и выше предназначены для прикладных программистов, решающих конкретные задачи.

Еще одно изменение, появившееся на уровне 4, — способ, которым поддерживаются более высокие уровни. Уровни 2 и 3 обычно интерпретируются, а уровни 4, 5 и выше обычно, хотя и не всегда, поддерживаются транслятором.

Другое различие между уровнями 1,2,3 и уровнями 4,5 и выше — особенность языка. Машинные языки уровней 1,2 и 3 — цифровые. Программы, написанные на этих языках, состоят из длинных рядов цифр, которые удобны для компьютеров, но совершенно неудобны для людей. Начиная с четвертого уровня, языки содержат слова и сокращения, понятные человеку.

Уровень 4. Уровень языка ассемблера. Представляет собой символическую форму одного из языков более низкого уровня. На этом уровне можно писать программы в приемлемой для человека форме. Эти программы сначала транслируются на язык уровня 1, 2 или 3, а затем интерпретируются соответствующей виртуальной или фактически существующей машиной. Программа, которая выполняет трансляцию, называется ассемблером.

Уровень 5. Язык высокого уровня. Обычно состоит из языков, разработанных для прикладных программистов. Такие языки называются языками высокого уровня. Существуют сотни языков высокого уровня. Наиболее известные среди них — BASIC, С, C++, Java, LISP и Prolog. Программы, написанные на этих языках, обычно транслируются на уровень 3 или 4. Трансляторы, которые обрабатывают эти программы, называются компиляторами. Отметим, что иногда также используется метод интерпретации. Например, программы на языке Java обычно интерпретируются.

Архитектура вычислительной машины (Архитектура ЭВМ) — концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.

Принципы фон Неймана

· Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.

· Принцип однородности памяти

Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

· Принцип адресуемости памяти

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

· Принцип последовательного программного управления

Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

· Принцип жесткости архитектуры

Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 677; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!