Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем (Вычислительная система)

Содержание:

Введение

Первоначально последовательные интерфейсы применяли для подключения «медленных» устройств (простейших устройств печати низкого качества, устройств ввода и вывода знаковой и сигнальной информации, контрольных датчиков, малопроизводительных устройств связи и т. п.), а также в тех случаях, когда отсутствуют существенные ограничения по продолжительности обмена данными.
Однако с развитием техники появились новые, высокоскоростные последовательные интерфейсы, не уступающие параллельным, а нередко и превосходящие их по пропускной способности. Сегодня последовательные интерфейсы применяют для подключения к компьютеру любых типов устройств. Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программ­ной конфигурацией . Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе . Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней.
Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструк­цию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение пред­шествующих уровней. Каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с про­граммным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программ­ное обеспечение.

I СОСТАВ И СВОЙСТВА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Вычислительная система (ВС) - это совокупность взаимодействующих между собой программ и аппаратных средств, предназначенных для обслуживания одного рабочего участка

Состав вычислительной системы это - конфигурацией. Ввиду того, что аппаратные и программные средства рассматривают отдельно, существуют аппаратная и программная конфигурации.

Аппаратные средства ВС − это устройства и приборы. По способу расположения различают внутренние (звуковая карта, винчестер и т.д.) и внешние устройства:

1 системный блок;

2 внешние устройства ввода - клавиатура, манипулятор «мышь» и др.

3 монитор (дисплей);

Ниже мы рассмотрим устройство персонального компьютера более подробно.

1.Системный блок- Не является единым целым, но в нем находится целый ряд взаимосвязанных устройств. Те из них, которые необходимы для функционирования компьютера и составляют его ядро, называются комплектующими.

Корпус системного блока может иметь различную форму, например, в виде плоской (mini tower case), узкопрофильной (low profile - корпус slim) коробки либо башни (стойки - big tower case), FullTower - вертикальное напольное исполнение, а также встраиваться в монитор.

Вне зависимости от исполнения системные блоки имеют следующие органы исполнения и разъемы подключения периферийных устройств:

1 · блок питания;

2 · системную плату;

3 · платы расширения (аудиоадаптер, видеоадаптер и др.);

4 · накопитель на жестких магнитных дисках;

5 · накопитель на гибких магнитных дисках;

6 · накопитель CD-ROM;

1.1 Блок питания 

 преобразует переменное напряжение электросети в постоянное напряжение различной полярности и величины (5 В и 12 В), необходимых для питания системной платы и внутренних устройств ПК. Блоки питания содержат кулер, создающий циркулирующие потоки воздуха для охлаждения системного блока. Кроме преобразования высокого напряжения в низкое блок питания обеспечивает стабилизацию и сглаживание вы­ходного напряжения.

Современный блок питания ПК отличаются высокой надеж­ностью, но все же качество у них различно. Например, в местности, под­верженной частым летним грозам и связанным с этим флуктуациям в сети, некоторые компьютеры работают великолепно, несмотря на мигания осветительных ламп. Другие же компьютеры отключаются и производят перезагрузку даже при малейших колебаниях сети.

Блоки питания можно охарактеризовать несколькими параметрами. Однако потребителей больше всего интересует его мощность, выра­женная в Вт. Мощность в Вт представляет собой произведение напряжения и тока блока питания. Хотя современный блок питания обладает большей возможностью, чем раньше, блока питания на 200 Вт (для одноядерного процессора) достаточно практически для каждого современного персонального компьютера, благодаря применению больших интегральных схем с небольшим потреблением электроэнергии. Для двухъядерного процессора рекомендуемая мощность 400-450 Вт.

1.2 Системная плата

(mainboard, материнская плата)является основной в системном блоке. Модель стандартной системной платы любого производителя определяется набором на ней микросхем и топологией размещения элементов. В зависимости от форм стандартизированного корпуса выпускаются различные по форме, фактору (размерам, расположению компонент на плате) стандартные мат. платы компьютеров. Для персональных компьютеров наиболее распространены материнские платы форматов AT, ATX, miniATX, microATX и NLX и их разновидности. Так, например, платы с форм-факторами ATX, microATX, FlexATX имеют размер 305x244, 244x244 и 229x191 мм.

Корпус и материнская плата обычно принадлежат одноименному формфактору, формату, например, АТХ-корпус содержит АТХ-мат. плату. Платы спецификации FlexАТХ ориентированы на производство компьютеров с малыми системными блоками и плоских LCD-мониторов (жидкокристаллических) с встроенными в них системными блоками.

Системная плата содержит следующие основные компоненты:

· центральный процессор;

· чипсет;

· интерфейсные схемы шин;

· постоянную, оперативную и кэш-память;

· гнёзда расширения и др.

• Центральный процессор(CPU – Central Processing Unit) -основной рабочий компонент ПК. Он выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу устройств ПК.

Используемый в современном персональном компьютере процессор выпускаются в основном тремя фирмами: Intel, AMD и Cyrix (процессоры под маркой IBM по основным показателям аналогичны Cyrix). Ряд процессоров обладает расширением ММХ (MultiMedia eXtention: расширение мультимедиа). Данное расшире­ние существенно ускорит работу с мультимедийными средствами при наличии достаточного про­граммного обеспечения.

В процессе работы процессор обслуживает данные, находящиеся в его регистрах, в поле оперативной памяти, а также данные, находящиеся во внешних портах процессора. Часть данных он распознает непосредственно как данные, часть данных - как адресные данные, а часть - как команды. Совокупность всех возможных команд, которые может выполнять процессор над данными, образует  систему команд процессора. Процессоры, относящиеся к одному семейству, имеют одинаковые или близкие системы команд. Процессоры, относящиеся к различным семействам, отличаются по системе команд и взаимозаменяемость их не возможна.

В вычислительной системе могут быть несколько параллельно работающих процессоров; такие системы называются многопроцессорными. Если два процессора имеют одинаковую систему команд, то они полностью совместимы на программном уровне. Это означает, что программа, написанная для одного процессора, может исполняться и другим процессором. Процессоры, имеющие разные системы команд, обычно, несовместимы или ограниченно совместимы на программном уровне.

Топологическая норма изготовления. Обычно выполняются МП с нормами 180-, 130- и 90-нанометров (например, Intel Pentium 4 имеет 90-нанометровую технологию).

Количество транзисторов на кристалле имеет порядок 10 – 100 млн при размере 464 мм² кристалла.

Тактовая частота. Определяет быстродействие процессора. За несколько тактов выполняется одна команда. В основе работ процессора лежит тот же тактовый принцип, что и в обычных часах. Исполнение каждой команды занимает определенное количество тактов.

Тактовый сигнал процессор получает от материнской платы, которая, в отличие от процессора, представляет собой не кристалл кремния, а большой набор из проводников и микросхем. По физической причине материнская плата не может работать с такими же высокими частотами, как процессор.

Количество процессорных ядер на кристалле. МП могут выполняться как двух-, так и более ядерные. Например, IBM Power 4 и UltraSPAPC IV+ фирмы Sun Microsystems содержит по два процессорных ядра.

Разрядность процессора показывает, сколько бит данных он может принять и обработать в регистрах за один такт. Одни из первых процессоров х86 были 16-разрядными. Начиная с процессора 80386 они имеют 32-разрядные архитектуры. Разрядность процессора определяется не разрядностью шины данных, а разрядностью командной шины.

Адресное пространство внешней памяти. Определяют разрядностью шины данных и шины команд.

Рабочее напряжение процессора обеспечивает мат. плата, поэтому разным маркам процессоров соответствуют разные материнские платы (их надо выбирать совместно). По мере развития процессорной техники происходят постепенные понижения рабочего напряжения. Ранние модели процессоров х86 имели рабочее напряжение 5 В. С переходом к процессорам Intel Pentium оно было понижено до 3,3 В, а в настоящее время оно составляет менее 3 В.

Производительность - мера оценки эффективности работы процессора. Производительность – это способность вычислительного средства выполнить определенный объем работы по обработке данных в единицу времени. Она оценивается с помощью тестовых программ.

• Чипсет(chipset). Это главный компонент платы, отвечающий за ее функционирование, а в конечном счете и за функционирование всего ПК. Архитектура классических чипсетов представляется двумя разновидностями микросхем:

1) микросхема North Bridge (северный мост), в основном ориентирована на поддержку работы МП, оперативной памяти (ОП), периферийной магистрали и видеоадаптера;

2) микросхема South Bridge (южный мост), отвечает чаще всего за работы относительно низкоскоростных устройств (в частности, устройства с интерфейсами IDE, USB) и связь с BIOS.

• Магистраль и шины. Связь МП с внешними устройствами (например, оперативной памятью) осуществляется по магистрали, состоящей из нескольких шин. Очень часто понятие «магистраль» сопоставляют с термином «шина». Под шиной понимают наборы линий электрических проводников, собранных по функциональному признаку (например, для передачи данных либо адреса). Работа шин характеризуется частотой синхронизации передаваемых сигналов (например, МГц) и максимальной пропускной способностью (Мбит/с для последовательной передачи либо Мбайт/с для параллельной передачи).

Внешнее устройство механически подключается к шине через узкий щелевой разъем, называемый слотом. На аппаратном уровне обмен электрическим сигналом производится через электронный узел устройств шины, называемый порт.

Структурная организация различных магистралей материнских плат имеет много общего. Любая стандартная магистраль содержит шину данных, адресную, линию аппаратного прерывания, канал прямого доступа к DMA (Direct Memory Access), проводники для передачи служебной информации и разводки электропитания. В общем случае самостоятельно управлять шиной может не только МП, но и устройства, подключённые к ней. На время обмена оно становиться ведущим Master устройством.

Адресная шина. Разрядность шины говорит о том, что она состоит из некоторого количества параллельных линий.

Шина данных. По этой шине происходят копирования данных из оперативной памяти в регистры процессора и реверсивно.

Шина команд. Для того чтобы процессор мог обрабатывать данные, ему нужна команда. Он должен знать, что следует сделать с теми байтами, которые хранятся в регистрах. Эти команды поступают в процессор из оперативной памяти, но не из области, где хранится массив данных, а оттуда, где хранятся программы.

• Память компьютера существует для хранения в ней данных и исполняемых программ. Определяют два основных вида памяти – внутренняя и внешняя. Основной характеристи­кой памяти является объем и время доступа. Кроме того, важной характеристикой памяти является плотность записи информации. Объем машинной памяти (в байтах) определяется максимальным количеством информации, которая может быть помещена в эту память. Время доступа к памяти (в секундах) представляет собой минимальное время, достаточное для размещения в памяти едини­цы информации. Плотность записи информации (бит/см²) пред­ставляет собой количество информации, записанной на единице поверхности носителя.

  Классификация памяти вычислительной системы

Устройства внутренней памяти Оперативная память(RAM - random access memory, ОЗУ - оперативное запоминающее устройство) быстрые запоминающее устройства, содержат команды и дан­ные, с которыми в данный момент работает процессор. От размера оперативной памяти существенно зависят скорость компьютера и то, с какими программами может работать данный ПК. При недостаточном количестве оперативной памяти многие программы либо совсем не работают, либо станут работать очень медленно. Конструктивно оперативная память представляет собой массив кристаллических ячеек, способных хранить данные. Существует много различных типов оперативной памяти, но с точки зрения физического принципа действия различают на динамическую память (DRAM) и статическую (SRAM).

.Динамическая память - Dynamic Random Access Memory (DRAM, динамическая память с произвольной выборкой. Ячейки динамической памяти можно представить в виде микроконденсаторов, способных накапливать заряд на своих обкладках. Это наиболее распространенный и экономически доступный тип памяти. Недостатки этого типа связаны, во-первых, с тем, что как при заряде, так и при разряде конденсатора неизбежны переходные процессы, т.е. записи данных происходят сравнительно медленно. Вторым важным недостатком является то, что заряды ячеек имеют свойство рассеиваться в пространстве, причем весьма быстро.

Асинхронная динамическая память. Память DRAM с асинхронным режимом работы и поддержкой в компьютерах быстрой постраничной работы с данными именуют FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM). Она обладает повышенным быстродействием при последовательных доступах к данным (потоковом обмене) и применении синхронного принципа работы с кэш.

Синхронная динамическая память (Synchmnous DRAM, SDRAM) способна обмениваться без цикла ожидания. Она обладает быстродействием 7-10 нс, что обеспечивается специальным логическим блоком и двухбайтовой структурой. Для работы SDRAM используется тактовый генератор, синхронизирующий её сигналы.

Сейчас используется такой тип памяти, как Direct Rambus DRAM (далее RDRAM), разработанный фирмой Rambus. Она предназначена для оснащения мат. плат с высокопроизводительными процессорами. Её архитектура отличается от архитектуры памяти SDRAM последовательным доступом к микросхемам по 16-битовой шине при записях и считывании данных по фронту и срезу, использованием двух каналов передачи данных. Данная архитектура предполагает установку на материнской плате пар модулей памяти в каждом канале.

• Постоянная память предназначена для долгого хранения данных, даже когда ПК выключен. Такой вид памяти обычно называется ROM(read only memory – память только для чтения), или ПЗУ (постоянное запоминающее устройство). В постоянной памяти хранятся программы для проверки оборудований компьютера, инициирования загрузки операционной системы и выполнения стандартных функций обслуживания устройств компьютера. Поскольку большая часть этих программ связана с обслуживанием ввода-вывода, часто отключения кэш. Как и для ОЗУ, увеличение объема кэш улучшает эффективность работы компьютерной системы.

Содержимое постоянной памяти называется BIOS(Basic Input-Output System, или базовая система ввода-вывода) BIOS- совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после подачи питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память. Роль BIOS двоякая: с одной стороны, это неотъемлемый элемент аппаратуры, а с другой - важный модуль любой операционной системы.

• Аудиоадаптер(Sound Blaster, или звуковая плата) - это специальная электронная плата, которая позволяет записывать звук, воспроизводить его и создавать программными средствами с помощью микрофона, наушников, динамиков, встроенного синтезатора и другого оборудования.

Аудиоадаптер содержит в себе два преобразователя информации:

- аналого-цифровой, который преобразует непрерывный (то есть аналоговый) звуковой сигнал (речь, музыку, шум) в цифровой двоичный код и записывает его на магнитный носитель;

- цифро-аналоговый, выполняющий обратное преобразование сохраненного в цифровом виде звука в аналоговый сигнал, который затем воспроизводится с помощью акустической системы, синтезатора звука или наушников.

• Видеоадаптер– это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея, посылает сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы. А программные средства(драйверы видеосистемы) обрабатывают видеоизображение – выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др. Эти три основных компонента образуют видеосистему компьютера.

Устройства внешней памяти В состав внешней памяти компьютера входят:

1) накопители на магнитных дисках. Их работа основана на принципе магнитной записи (предполагающем сохранение магнитными диполями ферромагнитного слоя направления воздействующего внешнего магнитного поля) данных:

- на сменных гибких магнитных дисках - НГМД (Floppy Disk Drive, FDD флоппи-диск, zip-диск);

- на жестких магнитных дисках типа винчестер НЖМД ;

- на сменных жестких дисках;

2) накопители на оптических и магнитооптических компакт-дисках;

3) твердотельная полупроводниковая память.

• Дисковый магнитный накопитель.Информация на диск, покрытый слоем ферромагнитного вещества, записывается и считывается с помощью дисководов (приводов), имеющих позиционируемые головки считывания/записи с одной либо обеих сторон диска.

Гибкий диск (англ. floppy disk)является «ветераном» дисковых устройств, так как ими комплектовались первые модели IBM PC. С тех пор дисковод существенно изменился и, несмотря на увеличившуюся емкость, перестал быть основным средством хранения данных и программ. По сравнению с другими средствами хранения он обладает весьма малой емкостью и надежностью, поэтому используются в основном для оперативного переноса данных с жесткого диска одного компьютера на жесткий диск другого, а также создания архивных копий.

2. Оптический и магнитооптический накопитель. В настоящее время неотъемлемой частью конфигурации компьютера является дисковод (привод) для чтения носителей типа компакт-диск (CD и DVD).

Компакт-диски (CD диски) могут быть для однократной записи CD-R и для многократных записей (перезаписываемый) CD-RW.

DVD-диски (Digital Video Disk – цифровой видеодиск или Digital Versatile Disk – цифровой многофункциональный диск). В отличие от CD, они обладают большей плотностью размещения данных, возможностью двухслойной записи и более совершенной защитой лицензионных дисков от пиратских копий.

3. Твердотельная память, или твердотельный диск (Solid State Disk, SSD), представлена полупроводниковой энергонезависимой флэш-памятью. Она не содержит подвижных частей, так как строится часто на однотранзисторных элементах памяти. Ныне популярны флэш-памяти стандартов CompactFlash, SmartMedia и Secure Digital. Емкость памяти в одном конструктиве пока не превышает нескольких гигабайт

2. Устройства ввода данных

Для ввода визуальной информации в компьютер служат:

1. Клавиатура: алфавитно-цифровая; функциональная (иногда именуется кнопочным устройством) для выбора некоторого действия либо операции.

2. Манипуляторы для указания экранных и планшетных объектов. К таким позиционирующим устройствам относятся: манипулятор типа мышь; джойстик; трэкбол (с одним либо двумя валюаторами - преобразователями углового положения ручки); электронное перо.

3. Средства голосовой технологии.

4. Считыватели информации.

5. Графические доски.

6. Графические планшеты с темплетами (сменными объектными картами).

2.1 Клавиатура служит для ручного ввода информации. Все символы, набираемые на клавиатуре, немедленно отображаются на мониторе в позиции курсора, т.к. функции клавиатуры не нуждаются в поддержке системными программами (драйверами). Работу клавиатуры поддерживают специальные программы, «зашитые» в BIOS. Клавиа­тура управляется внут­ренним контроллером, который считывает информацию о нажа­тии клавиш и пересылает ее во входной порт ЭВМ.

2.2 Манипулятор является указательным устройством и может содержать одну (например, мышь фирмы Apple), две, три и более кнопок управления, а в последнее время - переключатели и колесо для прокрутки. Различают механические, оптико-механические и оптические типы манипуляторов. Они могут быть проводными и беспроводными (с радио- и инфракрасным каналами передачи информации).

Джойстики и трэкболы используются для ручного ввода инфор­мации (например, при работе с архитек­турными и конструкторскими програм­мами) и управления экранными объек­тами.

Электронное перо (указка) напомина­ет обычную школьную ручку, имеющую проводную либо беспроводную связь с одним из портов компьютера. Фотоприемное устройство, расположенное на его конце, фиксирует элементарные части графических объектов. Выполнение не-которых действий над выбранным электроннойуказкой объектом начинается при включении кнопки, расположенной на её корпусе.

2.3 Средства голосовой технологии. Микрофон служит основой речевого пользовательского интерфейса, голосового ввода информации и реализации мультимедийных технологий, поддерживаемых системами передачи речи и ее воспроизведения.

2.4 Считыватели информации используются для ввода как символьной, так и графической информации.

Сканер – устройство для ввода в компьютер графических изображений с листа бумаги. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.

Сканеры весьма разнообразны и их можно классифицировать по различным признакам. Сканеры бывают черно-белыми и цветными. Черно-белые сканеры могут считывать штриховые и полутоновые изображения.

2.5. Элктронная доска напоминает обычную школьную доску. На ее поверхности можно писать. Информация, наносимая на электронную доску, может быть сохранена на диске компьютера и затем распечатана на принтере. Последовательность отображения информации на такой доске может быть восстановлена шаг за шагом. Процесс отображения информации на электронной доске можно в реальном времени транслировать по компьютерной сети и через Интернет

2.6 Графические планшеты предназначены для работы с графическими приложения­ми (например, графическими редакторами и программами распознавания рукописного текста). На рынке имеются планшеты, чувствительные к силе нажатия стилуса (ручки) с беспроводным пером, а также дисплеи-планшеты. Иногда планшеты снабжаются темплетами (сменными планшетами-подкладками). На планшетах графические объекты изображаются мнемонически. Место размещения планшетного изображения, допустим, на поверхности экрана, указывается манипулятором, например, типа мышь

3. Монитор

3.1 Монитор (дисплей) – устройство визуального отображения (вывода) информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.).

Мониторы можно классифицировать по таким признакам, как:

- вид адресации экрана: лучевые, матричные, комбинированные;

- способность экрана хранить информацию: с запоминанием изображения, с регенерацией изображения, комбинированные;

- структура экрана: несоставные, составные (наборные);

- устройство воспроизведения изображения: а) светоизлучающее: электронно-лучевые трубки (ЭЛТ); знакосинтезирующие (плазменные, электролюминесцентные, жидкокристаллические, на базе светоизлучающих органических материалов, автоэлектронно-эмиссионные и пр.); б) отражающее: электронная бумага;

- метод формирования изображения: растровые, векторные, комбинированные;

- тип представляемых данных: алфавитно-цифровые, графические, комбинированные;

- цветность изображения: монохромные (тип MONO), многоцветные (типа ЕGA, VGA с разрешением 640x480 пикселей), полноцветные (типа SuperVGA 800x600 пикселей, XGA 1024x768 пикселей, UltraVGA с количеством цветов 256 и более);

- наличие интеллектуальных средств настройки: неинтеллектуальные, программируемые, интеллектуальные.

Классический монитор компьютера поддерживает два режима представления информации на экране: текстовый и графический.

В текстовом (алфавитно-цифровом) режиме микропроцессор обращается к экрану как к совокупности отдельных ячеек (знакомест), в каждую из которых может быть помещен какой-то символ (буква, цифра, спецзнак). При этом экран имеет, например, 80 знакомест по горизонтали и 25 либо 40 таких строк по вертикали. Каждый символ заносится в ячейку и воспроизводится по его ASCII-коду либо другой кодировке. Данный код распознается в видеоадаптере, в котором уточняются атрибуты символа (местоположение, цвет символа и фона).

В графическом режиме изображение формируется из наименьших компонентов изображения - точек - путем управления цветом и яркостью каждой из точек экрана. Экран представляется как набор отдельных точек - пикселей. Число пикселей определяет разрешающую способность графической системы. В графическом редакторе каждому пикселю ставится в соответствие фиксированное число битов (атрибут пикселя) в некоторой части адресного пространства процессора (именуемой видеопамятью). Если атрибут однобитовый, то имеет место двухцветная графика (например, черно-белая), иначе графика с 2ⁿ-цветовыми оттенками (n - число бит у атрибута пикселя). Число бит атрибута может быть 1, 2, 4, 8, 16 и более.

Изображение формируется на экране путем циклического воспроизведения графическим адаптером содержимого видеопамяти. При этом изображение каждого пикселя определяется текущим значением его атрибута. Такой подход получил на­звание битовой карты (карты цветов). Размер видеопамяти ограничен операционной системой. Если в видеопамяти возможно одновременное хранение двух или более областей пикселей одинаковой структуры, то такие области называют страницами. В конкретный момент времени любая из страниц может отображаться на всем экране. Размер видеопамяти, как правило, равен произведению числа пикселей в строке и размерности цветового набора (палитры). Увеличение разрешающей спо­собности здесь идет за счет снижения количества цветов. Ряд графических адапте­ров и видеоконтроллеров совместно с графическим драйвером (управляющий про­граммой) допускают программное задание режимов, именуемых видеомодами.

У мониторов, сконструированных на базе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), CRT-мониторы, принцип работы аналогичен принципу работы телевизора. Основной элемент дисплея – электронно-лучевая трубка. Ее передняя, обращенная к зрителю, часть с внутренней стороны покрыта люминофором – специальным веществом, способным излучать свет при попадании на него быстрых электронов

 Структурная схема монитора на ЭЛТ

Люминофор наносится в виде наборов точек или полосок трех основных цветов – красного, зеленого и синего. Эти цвета называют основными, потому что их сочетаниями (в различных пропорциях) можно представить любой цвет спектра. Чтобы на экране все три луча сходились строго в одну точку и изображение было четким, перед люминофором ставят маску – панель с регулярно расположенными отверстиями. Чем меньше шаг между этими отверстиями, тем точнее изображение.

Ныне используются цветные мониторы на ЭЛТ:

- с теневой маской.Маска представляет собой перфорированную с круглыми отверстиями фольгу, помещаемую перед люминофором. Она маскирует три отдель­ных электронных луча, каждый из которых управляется своей системой фокусировки и отклонения и направляется на нужный цветовой участок люминофора. Такой монитор имеет недостаточные яркость и контрастность изображения;

- с щелевой апертурной решеткой(предложение фирмы Sony).В таком мониторе функцию теневой маски выполняет проволочная сетка, а люминофор наносится в виде вертикальных полос. Поэтому монитор свободен от недостатков предыдущего типа, однако воспроизводит неприятные горизонтальные полосы, обусловленные жесткостью проволочной сетки;

- с гнездовой маской(предложение фирмы NEC). В нем конструкция маски ЭЛТ представляет собой комбинацию теневой маски и маски с щелевой апертурной ре­шеткой. В результате в маске используют короткие щели, а люминофор наносится в виде коротких полосок. Данный тип монитора обладает достоинствами и недостатками рассмотренных выше типов мониторов. Перспективной считается технология из­готовления плоских мониторов FD Triton, исполь­зованная, например, при производстве мониторов модели Flatron 795 FT Plus.

Плоские жидкокристаллические (ЖК) мониторы (LCD-мониторы) основаны на жидких кристаллах.

Жидкие кристаллы – это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения. Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.

Большинство ЖК-мониторов использует тонкую пленку из жидких кристаллов, помещенную между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу – сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости).

Активные матрицывместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений изображение. Экран при этом разделен на независимые ячейки, каждая из которых состоит из четырех частей (для трех основных цветов и одна резервная). Количество таких ячеек по широте и высоте экрана называют разрешением экрана. Современные ЖК-мониторы имеют разрешение 642х480, 1280х1024 или 1024х768. Таким образом, экран имеет от 1 до 5 миллионов точек, каждая из которых управляется собственным транзистором.

Такие мониторы очень компактны. Они занимают в 2–3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн.

Разновидность ЖК-монитора – сенсорный экран. Здесь общение с компьютером осуществляется путем прикосновения пальцем к определённому месту чувствительного экрана (рисунок 3.29). Этим выбирается необходимый режим из меню, показанного на экране монитора. Сенсорными экранами оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их используют в информационно-справочных системах и т.д.

II ИНФОРМАЦИОННОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Наряду с аппаратным и программным обеспечением средств вычислительной техники в некоторых случаях целесообразно рассматривать информационное обеспечение, под которым понимают совокупность программ и предварительно подготовленных данных, необходимых для работы данных программ. В специализированных компьютерных системах (бортовых компьютерах автомобилей, судов, ракет, самолетов, космических летательных аппаратов и т. п.) совокупность программного и информационного обеспечения называют математическим обеспечением. Как правило, оно «жестко» записывается в микросхемы ПЗУ и может быть изменено только путем замены ПЗУ или его перепрограммирования на специальном оборудовании.

Все методы формализации задач управления, в том числе и те, на основе которых строится рациональная эксплуатация технического обеспечения информационных систем, принято называть математическим обеспечением.

Математическое обеспечение – совокупность математических методов, моделей, алгоритмов обработки информации, используемых при решении задач в информационной системе (функциональных и автоматизации проектирования информационных систем). К средствам математического обеспечения относятся:

·     средства моделирования процессов управления;

·     типовые задачи управления;

·     методы математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и др.

Математическое обеспечение является составной частью программного обеспечения ИС. Прикладные и обеспечивающие программы формируются, прежде всего, на базе математических методов. В тех случаях, когда для решения той или иной актуальной задачи не удается подобрать математический метод, используются эвристические алгоритмы.

При этом следует помнить, что каждый из методов может быть применен для решения различных по специфике задач пользователей. И наоборот: одна и та же задача может решаться с помощью различных методов. Весь набор математических алгоритмов, использующихся для решения экономических задач, принято называть экономико-матема­тическими методами.

Важнейшие экономико-математические методы представлены в виде некоторых укрупненных группировок:

Линейное программирование – линейное преобразование переменных в системах линейных уравнений. Сюда следует отнести: симплекс-метод, распределительный метод, метод разрешающих множителей, статический матричный метод решения материальных балансов.

Дискретное программирование представлено двумя классами методов: локализационные и комбинаторные методы. К локализационным относятся методы линейного целочисленного программирования. К комбинаторным – метод ветвей и границ, который используется для построения графиков производства и т.п.

Математическая статистика применяется для корреляционного, регрессионного и дисперсионного анализов экономических явлений и процессов. Корреляционный анализ применяется для установления тесноты связи между двумя или более стохастически независимыми явлениями или процессами.

Регрессионный анализ устанавливает зависимость случайной величины от неслучайного аргумента. Дисперсионный анализ используется для установления зависимости результатов наблюдений от одного или нескольких факторов в целях выявления важнейших. Методы математической статистики используются также для прогностических экономических расчетов.

Динамическое программирование применяется для планирования и анализа экономических процессов во времени. Динамическое программирование представляется в виде многошагового вычислительного процесса с последовательной оптимизацией целевой функции. Сюда следует отнести и имитационное моделирование.

Теория игр представляется рядом методов, использующихся для определения стратегии поведения конфликтующих сторон. Известные методы можно разделить на два класса – точные и приближенные (итеративные). Условно точная игра может, например, реализовываться на основе линейного программирования путем определенного упорядоченного перебора матрицы-игры. Реализация игры на основе приближенных методов имеет несколько вариантов, но каждый из методов основан на аналитическом осмыслении стратегии на каждом шаге (в каждой партии) с целью совершенствования поведения на последующих шагах (в следующих партиях).

Теория массового обслуживания (и родственное ей направление – теория управления запасами) включает большой класс экономических задач, где на основе теории вероятностей оценивается, например, мощность или количество агрегатов, обслуживающих какой-либо производственный процесс, численность ремонтных рабочих, запасы ресурсов и т.п. в зависимости от характера спроса на них. При этом многие задачи управления запасами формализуются как задачи массового обслуживания и алгоритмически представляются как эвристические модели.

Параметрическое программирование является разновидностью линейного программирования, где коэффициенты при переменных линейного функционала, или коэффициенты при пе­ременных системы линейных уравнений, или те и другие коэффициенты зависят от некоторого параметра. К этому направлению может быть отнесен динамический матричный метод решения материальных балансов.

Стохастическое программирование делится на статистическое и динамическое. В статистических задачах исследуемые параметры являются случайными величинами на определенном этапе. В динамических задачах имеют дело со случайными последовательностями. Большинство статистических задач сводится к задачам линейного программирования. Динамические задачи являются предметом так называемого Марковского программирования.

Нелинейное программирование относится к наименее изученному (применительно к экономическим явлениям и процессам) математичес­кому направлению. Большинство изученных численных методов нелинейного программирования посвящено решению задач квадратичного программирования на основе симплекс-метода.

Теория графов – направление математики, где на основе определенной символики представляется формальное (схематическое) описание взаимосвязанности и взаимообусловленности множества работ, ресурсов, затрат и т.п. Набольшее практическое применение получил так называемый сетевой график (сетевой метод). На основе этой формализации с помощью эвристических или математических методов осуществляется исследование выделенного множества на предмет установления оптимального времени производства работ, оптимального распределения запасов и т.п. Одним из методов формализованного исследования являются эвристические алгоритмы систем ПЕРТ и ДЕРЕВО, а также линейное и нелинейное программирование на базе симплекс-метода.

Список литературы

Основная литература

Ахо, Сети Р., Ульман Дж. Компиляторы: принципы, техника реал изации и инструменты. М., 2001.

Введение в криптографию / Под ред. В.В. Ященко. СПб.: МЦНМО, 2001.

Дейт К.Дж. Введение в системы баз данных. М.: Вильямс, 1999.

Дейтел Г. Введение в операционные системы. М.: Мир, 1987.

Кнут Д. Искусство программирования. Т. 1 – 3. М., СПб., Киев: ИД «Вильямс», 2000.

Когаловский М.Р. Энциклопедия технологий баз данных. М.: Ф инансы и статистика, 2002.

Компьютерные сети. Учебный курс Microsoft Corporation, 1997.

Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р. Алгоритмы, построение и ан ализ. М.: МЦНМО, 2000.

Котов В.Е., Сабельфельд В.К. Теория схем программ. М.: Наука, 1991.

Матфик С. Механизмы защиты в сетях ЭВМ. М.: Мир, 1993.

Мельников В.В. Защита информации в компьютерных системах. М.: Финансы и статистика, 1997.

Моисеенко Е.В., Лаврушина Е.Г., редактор: Л.З. Анипко Информационные технологии в экономике

Яблонский С.В. Введение в дискретную математику. М.: Наука, 2001.

Дополнительная литература

Керниган Б., Пайк П.  UNIX –  универсальная среда программиров ания. М.: Финансы и статистика, 1992.

Корнеев В.В. Параллельные вычислительные си стемы. М.: Нолидж, 1999.

Королёв Л.Н. Структуры ЭВМ и их математич еское обеспечение. М.: Наука, 1980.

Соломон Д., Руссинович М. Внутреннее устройство  Microsoft Windows 2000.