ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Основу технического обеспечения информационных техноло­гий составляют компьютеры, являющиеся ядром любой информа­ционной системы. Первоначально компьютеры были созданы для реализации большого объема вычислений, представляющих длин­ные цепочки итераций. Главным требованием при этом были вы­сокая точность и минимальное время вычислений. Такие процессы характерны для числовой обработки.

По мере внедрения ЭВМ, их эволюционного развития, в част­ности, создания персональных компьютеров, стали возникать дру­гие области применения, отличные от вычислений, например, об­работка экономической информации, создание информацион­но-справочных систем, автоматизация учрежденческой деятельно­сти и т.п. В данном случае не требовались высокая точность и большой объем вычислений, однако объем обрабатываемой инфор­мации мог достигать миллионов и миллиардов записей. При этом требовалось не только обработать информацию, а предварительно ее найти и организовать соответствующую процедуру вывода. Ука­занные процессы характерны для нечисловой обработки, требую­щей в большинстве случаев больших затрат машинного времени. Рассмотренные аспекты оказали решающее влияние на развитие архитектуры ЭВМ.

ЭВМ классической (фоннеймановской) архитектуры состоит из пяти основных функциональных блоков (рис. 8.4):

• запоминающего устройства (ЗУ);

• устройства управления;

• устройств управления и арифметически-логического устрой­ства, рассматриваемых вместе и называемых центральным процес­сором;

• устройства ввода;

• устройства вывода.

В фоннеймановской архитектуре для обработки огромного объ­ема информации (миллиарды байт) используется один процессор. Связь с данными осуществляется через канал обмена. Ограничения пропускной способности канала и возможностей обработки в цен­тральном процессоре приводят к тупиковой ситуации при нечисло­вой обработке в случае увеличения объемов информации. Для вы­хода из тупика было предложено два основных изменения в архи­тектуре ЭВМ:

Рис. 8.4. Фоннеймановская архитектура ЭВМ

• использование параллельных процессоров и организация па­раллельной обработки;

• распределенная логика, приближающая процессор к данным и устраняющая их постоянную передачу.

Другой недостаток фоннеймановской архитектуры связан с ор­ганизацией процесса обращения к ЗУ, осуществляемого путем ука­зания адреса для выборки требуемого объекта из памяти. Это при­емлемо для числовой обработки, но при нечисловой обработке об­ращение должно осуществляться по содержанию (ассоциативная адресация). Поскольку для нечисловой обработки в основном ис­пользуется та же архитектура, необходимо было найти способ орга­низации ассоциативного доступа. Он осуществляется путем созда­ния специальных таблиц (справочников) для перевода ассоциатив­ного запроса в соответствующий адрес. При такой организации об­ращения к ЗУ, называемом эмуляцией ассоциативной адресации, в случае работы с большими объемами информации резко падает производительность ЭВМ. Это связано с тем, что нечисловая обра­ботка это не только просмотр, но и обновление данных.

Для преодоления ограничений организации памяти были пред­ложены ассоциативные запоминающие устройства.

Таким образом, ЭВМ для нечисловой обработки должна удов­летворять следующим требованиям: ассоциативность, параллелизм, обработка в памяти. Кроме этого на более высоком уровне к архи­тектуре предъявляются следующие требования:

• перестраиваемость параллельных процессоров и запоминаю­щих устройств;

• сложные топологии соединений между процессорами;

• мультипроцессорная организация, направленная на распреде­ление функций.

Перечисленные выше ограничения и требования были реализо­ваны в машинах баз данных (МВД).

Подытоживая выше сказанное, приведем классификацию архи­тектур ЭВМ, предложенную в [35]:

• архитектура с одиночным потоком команд и одиночным по­током данных (SISD);

• архитектура с одиночным потоком команд и множественным потоком данных (SIMD);

• архитектура с множественным потоком команд и одиночным потоком данных (MISD);

• архитектура с множественным потоком команд и множест­венным потоком данных (MIMD).

К классу SISD относятся современные фоннеймановские одно­процессорные системы. В этой архитектуре центральный процес­сор работает с парами «атрибут—значение». Атрибут (метка) ис­пользуется для локализации соответствующего значения в памяти, а одиночная команда, обрабатывающая содержимое накопителя (регистра) и значение выдает результат. В каждой итерации из входного потока данных используется только одно значение.

К классу SIMD относят большой класс архитектур, основная структура которых состоит из одного контроллера, управляющего комплексом одинаковых процессоров. В зависимости от возможно­стей контроллера и процессорных элементов, числа процессоров, организации поиска и характеристик маршрутных и выравниваю­щих сетей выделяют четыре типа SIMD:

• матричные процессоры, организованы так, что при выполне­нии заданных вычислений, инициированных контроллером, они работают параллельно. Предназначены для решения векторных и матричных задач, относящихся к числовой обработке;

• ассоциативные процессоры, обеспечивающие работу в режиме поиска по всему массиву за счет соединения каждого процессора непосредственно с его памятью. Используются для решения нечи­словых задач;

• процессорные ансамбли, представляющие совокупность про­цессоров, объединенных определенным образом для решения за­данного класса задач, ориентированных на числовую и нечисловую обработку;

• конвейерные процессоры (последовательные и векторные) осу­ществляющие выполнение команд и обработку потоков данных по принципу, аналогичному транспортному конвейеру. В этом случае каждый запрос использует одни и те же ресурсы. Как только неко­торый ресурс освобождается, он может быть использован следую­щим запросом, не ожидая окончания выполнения предыдущего. Если процессоры выполняют аналогичные, но не тождественные задания, то это последовательный конвейер, если все задания оди­наковы — векторный конвейер.

К классу MISD может быть отнесена единственная архитекту­ра—конвейер, но при условии, что каждый этап выполнения за­проса является отдельной командой.

К классу MIMD, хотя и не всегда однозначно, относят следую­щие конфигурации:

• мультипроцессорные системы;

• системы с мультиобработкой;

• вычислительные системы из многих машин;

• вычислительные сети.

Общим для данного класса является наличие ряда процессоров и мультиобработки. В отличие от параллельных матричных систем число процессоров невелико, а термин мультиобработка понимают в широком смысле для обозначения функционально распределен­ной обработки (сортировки, слияния, ввода-вывода и др.)

Другим направлением развития вычислительной техники явля­ется нейрокомпьютеринг, основанный на нейронных сетях. Разра­ботки проводятся в двух направлениях: аппаратном и программ­ном. Нейрокомпьютеры обладают сверхвысокой производительно­стью, но благодаря сложным технологиям имеют очень высокую стоимость. Поэтому они используются узким кругом пользователей для решения суперзадач.

В последние годы ведутся работы по созданию биокомпьютера на основе молекулярных технологий. Идея молекулярного вычис­лителя состоит в представлении «машинного» слова в виде состоя­ний молекул.

Несмотря на развитие средств вычислительной техники наибо­лее популярными в настоящее время остаются компьютеры с тра­диционной фоннеймановской архитектурой. ЭВМ такой архитек­туры в процессе эволюции последовательно прошли этапы аппа­ратной реализации от электронно-ламповой, далее транзисторной, интегрально-схемной до СБИС. В настоящее время наиболее рас­пространенным типом ЭВМ являются персональные компьютеры (ПК), относящиеся к фоннеймановской архитектуре. Поэтому кратко остановимся на устройстве персонального компьютера в плане его комплектации.

Системный блок является основным конструктивным элемен­том ПК. Он предназначен для размещения всех самых важных уз­лов. В нем располагаются источник питания, процессор компьюте­ра, оперативная память, накопители на магнитных дисках, устрой­ство для чтения оптических (лазерных) дисков, специальные элек­тронные элементы и платы, с помощью которых осуществляется подключение и управление работой внешних устройств компьюте­ра. Системные блоки имеют различное конструктивное исполне­ние и размеры. Для настольных ПК они могут иметь горизонталь­ное или вертикальное исполнение. Для блокнотных ПК системный блок совмещен с клавиатурой.

Устройство для чтения CD-ROM (Compact Disk — Read Only Memory — компакт-диск, предназначенный только для чтения) служит только для воспроизведения аудио-, видео- и цифровой информации, записанной только на оптических (лазерных) ком­пакт-дисках.

CD-ROM предназначен для хранения информации. Он пред­ставляет собой пластмассовый диск диаметром 12 см, одна из по­верхностей которого покрыта металлической фольгой. Лазерным лучом на фольгу наносят углубления, с помощью которых фикси­руется представляемая информация. Наиболее важными характе­ристиками таких устройств являются: емкость и скорость.

Емкость одного компакт-диска достигает 620 Мбайт информа­ции (около 250 000 страниц текста). Вторая характеристика опреде­ляется скоростью доступа устройства чтения к информации на компакт-диске (скорость чтения особенно важна при воспроизве­дении аудио- и видеоинформации). Что означает название «восьмискоростной CD-ROM»? Это и есть характеристика быстродейст­вия устройства чтения. Она означает, что скорость устройства чте­ния в 8 раз больше чем у односкоростного устройства. Сейчас уже имеются 24-скоростные CD-ROM.

Для записи информации на компакт-диск используются специ­альные устройства — CD-R (Compact Disk — Recordable). Инфор­мацию, содержащуюся на CD-ROM, нельзя перезаписать. Для многократной записи информации используются магнитно-опти­ческие компакт-диски (CD МО), но они существенно дороже обычных.

Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД) служит для чтения и записи информации на гибкие магнитные диски. Прежде всего, он предназначен для оперативного переноса небольших объ­емов информации с одного компьютера на другой или для их дол­говременного хранения.

Гибкие магнитные диски различаются геометрическими разме­рами, конструктивным исполнением и емкостью. Бывают диски двух диаметров: 5,25 и 3,5 дюйма (1 дюйм = 2,54 см).

Диски первого вида в настоящее время используются все реже из-за своих конструктивных недостатков (они больше по размерам, меньше по емкости, более медленны, более подвержены механиче­ским воздействиям, менее надежны в эксплуатации).

Стандартная емкость дисков второго вида (3,5 дюйма) составля­ет 1,44 Мбайт (это приблизительно 550 — 600 страниц текста). Дис­ки такой емкости имеют обозначение 2HD (High Density — высо­кая плотность). Перед первым использованием гибкий магнитный диск должен быть специально подготовлен — отформатирован.

Достоинства НГМД: простота, дешевизна, возможность много­кратной перезаписи информации, отсутствие необходимости в до­полнительных аппаратных средствах (все ПК обеспечиваются хотя бы одним НГМД). Недостатки: малая емкость, низкое быстродей­ствие.

Манипулятор мышь — это устройство, позволяющее переме­щать курсор в нужную точку экрана, выбирать объекты и выпол­нять другие действия непосредственно на экране монитора (нажи­мать экранные клавиши, выбирать позицию меню, рисовать и т.д.).

Мыши бывают разных конструкций: с двумя или тремя клави­шами. Чаще всего используется левая клавиша (при ее нажатии инициализируется действие, соответствующие объекту, на который указывает курсор мыши). Правая клавиша используется реже (в не­которых программах, например в Windows, при ее нажатии вызы­вается, так называемое, конкретное меню).

В настоящее время появились устройства аналогичного назна­чения, использующие другие принципы работы. Например, есть сенсорные планшеты, в которых перемещение курсора на экране достигается перемещением пальца по поверхности планшета. Для рисования используются специальные планшеты с электронным карандашом, рисовать которым значительно удобнее.

Клавиатура предназначена для ввода информации и команд в компьютер при работе человека с программой или с операционной системой.

Количество клавиш, их расположение в различных типах кла­виатур могут быть различными. Чаще всего используются 101-кла­вишные клавиатуры.

Буквенные клавиши позволяют вводить буквы латинского и русского (или другого национального) алфавита. Поддержка на­циональных алфавитов обычно осуществляется с помощью специ­альных программ — драйверов клавиатуры. Переключение клавиа­туры с одного языка на другой чаше всего выполняется одновре­менным нажатием некоторых специальных клавиш. Какие клави­ши используются для этого, зависит от установленного драйвера клавиатуры. Например, для этих целей иногда используются кла­виши Alt+Shift.

Монитор (дисплей) предназначен для отображения текстовой и графической информации на экране при оперативном взаимодей­ствии человека с компьютером. Качество изображения, которое можно получить на экране, определяется как свойствами самого монитора, так и характеристиками адаптера (видеокарты), с помо­щью которого монитор подключается к системной магистрали ПК.

Существует ряд стандартов, определяющих характеристики мо­ниторов и адаптеров: CGA, EGA, VGA, SVGA. Эти же обозначения используются для определения типа монитора и карты. Стандарты CGA и EGA устарели. Чаще всего в настоящее время используется стандарт SVGA.

Монитор может оказывать вредное воздействие на организм че­ловека (особенно при длительной работе на компьютере), поэтому при его приобретении необходимо обращать внимание на степень биологической защиты, обеспечиваемой выбранным монитором.

Основные характеристики мониторов SVGA:

• цветность (цветные и монохромные);

• размер экрана по диагонали (от 14 до 21 дюйма);

• шаг точек на экране (от 0,25 до 0,28 мм, чем меньше шаг то­чек, тем качественнее изображение (меньше его зернистость));

• максимальная разрешающая способность (от 640 х 480 до 1600 х 1280 точек. Первое число определяет количество точек по горизонтали, второе — по вертикали, чем выше разрешение, тем лучше качество изображения на экране, возможность получения высокого разрешения зависит от объема оперативной памяти ви­деокарты);

• частота вертикальной развертки (рекомендуется не менее 72 Гц, при меньшей частоте становится заметным мелькание изобра­жения, что приводит к утомлению глаз);

• биологическая защита (необходимо чтобы монитор соответ­ствовал стандарту MPR — II, определяющему максимально доступ­ные уровни вредных излучений, еще лучше, если монитор удовле­творяет стандарту ТСО).

Печатающие устройства (принтеры) предназначены для получе­ния так называемых твердых копий документов, текстов, рисунков на бумаге или на специальных пленках (для использования, напри­мер, в диапроекторах).

Общая классификация принтеров, говорит о наличии трех ви­дов печатающих устройств, отличающихся скоростью работы и ка­чеством получаемых документов. В этой классификации отсутству­ют литерные принтеры, но они в настоящее время с персональны­ми компьютерами используются очень редко.

Разработкой и производством принтеров занимаются десятки фирм. В настоящее время существуют десятки, если не сотни ма­рок принтеров, поэтому выбрать подходящий не так просто. С точ­ки зрения пользователя, важнейшими характеристиками принтера являются скорость работы, качество печати, стоимость.

Матричные принтеры в основном предназначены для распечат­ки текстовых документов, хотя на них можно выводить и рисунки, но качество рисунков оставляет желать лучшего.

Качество печати определяется конструкцией печатающей го­ловки: чем больше иголок в матрице печатающей головки, тем луч­ше качество печати (количество иголок — от 9 до 24, и даже 48). Качественную печать можно обеспечить и на принтерах с неболь­шим числом иголок в матрице за счет нескольких проходов при пе­чати одного и того же текста, но это приведет к значительному снижению скорости. Поэтому, чем больше иголок, тем и скорость работы выше. Вообще же скорость работы матричных принтеров невелика — от 10 до 60 с на страницу.

Основным достоинством таких принтеров является их относи­тельная дешевизна и небольшие затраты на расходные материалы (необходимо только изредка менять красящую ленту).

С точки зрения рынка аппаратных средств информационных технологий их можно разделить на три группы: компьютеры, сете­вые средства, средства оргтехники. Ниже приведены самые распро­страненные аппаратные средства.

1. Настольные компьютеры:

• отечественной сборки: Формоза FP, R.&K. Wiener, техни­ка-Сервис TS и др.;

• зарубежного производства: Hewlett-Packard Vectra, Compaq Presario, Acer Verition FP и др.;

2. Ноутбуки (переносные компьютеры): Fujitsu-Siemens C-, RoverBook Navigator, Apple iBook и др.;

3. Карманные компьютеры: (Compaq, Rison, Palm и др.);

4. Процессоры: AMD Athlon, AMD Duron, Intel Celeron, Intel Pentium III, Intel Pentium IV, VIA Cyrix III (СЗ) и др.;

5. Графические станции: (Desten (однопроцессорные), MultiCo (однопроцессорные и двухпроцессорные));

6. Мониторы жидкокристалические (ЖК-мониторы);

7. Принтеры:

• струйные: HP Deskjet, Epson Stylus Color, Canon BJ, Lexmark Z и др.;

• лазерные и светодиодные: HP LaserJet, Oki OkiPage, Lexmark и

др.;

8. Сканеры: Agfa e, HP ScanJet, Umax Astra и др.;

9. Системные платы: ASUSTeK, MSI, GigaByte и др.;

10. Видеоадаптеры: ASUS V, ATI Radeon, Matrox, 3dfx Voodoo5 и др.;

11. Звуковые платы: Creative Lads Sound Blaster Lave! Platinum, Diamond Monster, Turtle Beach Santa Cruz и др.;

12. Модемы: US Robotics Courier 56 K, ZyXEL Omni Pro D-Link-DFM 56 К и др.;

13. Дисководы DVD-ROM: Creative Labs PC-DVD Encore, Hitachi GD-, Pioneer и др.;

14. Дисководы на съемных носителях: Iomega Zip, CD-RW Теас, CD-RW Ricoh, CD-RW HP и др.;

15. Внешние переносные дисководы: Iomega Zip, CD-RW HP, CD-RW Iomega Predator и др.;

16. Цифровые камеры: Nikon, Olympus Camedia, Canon и др.;

17. Мыши: Genius (KYE System), Microsoft, Logitech и др.;

18. Лучшие портативные МРЗ-плееры: Lenoxx MP-786, I&C Со, Ltd. MPMaster IM-600B, Winstar Eline MP3P-CD, Iomega HipZip и

др.;

19. Платы для видеомонтажа: Pinnacle Systems DV500plus, Matrox RT2000 и др.;

20. TV-тюнеры: Pinnacle Systems Studio PCTV, ATI-TV Wonder VE, Eline TVMaster и др.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: