Архитектура современного ПК. 10

Министерство  образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Филиал ГОУ  ВПО

ВСЕРОССИЙСКОГО ЗАОЧНОГО ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

в  г.

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине «Информатика»

на тему:

«Архитектура современного ПК»

Архангельск

2010

Содержание

Введение…………..…………………………………………………………..…...3

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………….…….......4

Введение…………….…………………………………………….………...4

Основные принципы функционирования ПК…………..….……………..5

Структура современного ПК…………...………………………………….7

Архитектура ПК в будущем……………………………………………...10

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ……………………………………………………...14

Общая характеристика задачи……………………………………………14

Описание алгоритма решения  задачи с использованием MS Excel…...17

Блок-схема алгоритма  решения задачи…………………….…….……...23

Заключение………………………………………………………….….…26

Список использованной литературы………………………….…….…...25

Приложение 1……………………………………………………….…….26

Введение

Темой моей курсовой работы является «Архитектура современного ПК». Персональный компьютер (ПК) – это настольная или переносная ЭВМ, удовлетворяющая требованиям общедоступности и универсальности применения. ПК стал обязательным атрибутом в любом современном офисе. Это основная техническая база информационной технологии. Профессионалы, работающие вне компьютерной сферы, считают непременной составляющей своей компетентности знание аппаратной части персонального компьютера, хотя бы его основных технических характеристик. Особенно велик интерес к компьютерам среди молодежи, широко использующей их для своих целей.

Актуальность выбранной  темы связана с тем, что современный рынок компьютерной техники столь разнообразен, что довольно не просто определить конфигурацию ПК с требуемыми характеристиками. Без специальных знаний здесь практически не обойтись.

Цель данной курсовой работы – дать основное представление о  структуре и функциях аппаратной части персонального компьютера. Другими словами определить архитектуру современного ПК, которая будет описана в теоретической части данной курсовой работы.

Практическая часть предполагает закрепление знаний и навыков, полученных в процессе обучения, и состоит  из решения задачи по расчету средней  цены 1 литра топлива, для решения  которой будет использован ППП MS Excel 2007 и его инструмент – сводная  гистограмма.

Для выполнения курсовой работы, использованы технические средства:      однопроцессорный компьютер (процессор AMD Athlon(tm) 64х2 Dual Core Processor 5000+, 2.61 ГГц), ОЗУ 1.00 ГБ.

Программные средства: операционная система Windows XP, пакет прикладных программ – MS Office 2007 (текстовый процессор MS Word 2007 табличный процессор MS Excel 2007).

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Введение

Архитектор, проектируя здание, обязан не только позаботиться о его  красоте и форме, но и представить  подробный план здания (структуры), предусмотреть надежность, безопасность, удобство его эксплуатации и использование  эффективных технологий. Таким образом  он решает вопросы взаимодействия проектируемого здания с окружающей средой, с людьми, для которых здание строится.

Подобное можно сказать  и об архитектуре компьютера, которая  связана с набором качеств, влияющих на ее взаимодействие с пользователем. Под архитектурой компьютера понимается его логическая  организация, структура, совокупность его свойств и характеристик, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные. Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение информации, обмен информацией с внешними объектами. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций: обеспечивают эффективные режимы ее работы, диалог с пользователем, высокую надежность и др. Названные функции ЭВМ реализуются с помощью ее компонентов: аппаратных и программных средств.

Одним из существенных достоинств современного ПК является гибкость архитектуры, обеспечивающая ее адаптивность к разнообразным применениям в сфере управления, науки, образования и в быту.

Основные принципы функционирования ПК

Исторически компьютер появился как машина для вычислений и назывался  электронной вычислительной машиной  – ЭВМ. Структура такого устройства была описана знаменитым математиком  Джоном фон Нейманом в 1945 г. Современные компьютеры, базируясь на тех же принципах, имеют некоторые отличия, обусловленные развитием техники и служащие решению важных для пользователя задач (рис. 1).

Рис.1 . Структурная  схема современного ПК

Компьютер состоит из :

• АЛУ – арифметическое логическое устройство. Преобразует информацию, выполняя сложение, вычитание и основные логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ».
• УУ – устройство управления. Организует процесс выполнения программ.
• ОЗУ – оперативное запоминающее устройство, или память.
• УВВ – устройства ввода и вывода. Получают информацию извне, выводят ее получателю.

Достижения микроэлектроники позволили объединить в одной  сверхбольшой интегральной схеме, называемой микропроцессором (МП) или процессором, АЛУ и УУ. Уменьшение габаритов  ОЗУ позволило разместить МП и  ОЗУ на одной электронной плате, называемой системной, или материнской. Все связи между отдельными устройствами объединены в пучок параллельных проводов – локальную или системную  шину. В состав этой шины входят шина данных, по которой передаются из ОЗУ  в МП также и команды, шина адреса и шина управления. УВВ включают УВВ и управляющие ими контроллеры (карты), включаемые в системную плату  или установленные прямо на ней.

В современных ПК возможна также параллельная работа нескольких процессоров. За счет распараллеливания  выполнения одной задачи или параллельного  выполнения многих задач достигается  увеличение общей производительности компьютера. Для этого предусматривают  цепи, связывающие между собой  отдельные процессоры. Двухпроцессорные машины отличаются от однопроцессорных прежде всего именно более «мягкой» реакцией на действия пользователя, особенно если в системе одновременно запущено несколько задач.

Важным элементом структуры  современного компьютера и принципа его действия являются сигналы и  понятия прерываний.  Если в микропроцессор извне поступает сигнал запроса  на прерывание, выполнение текущей  программы приостанавливается, в  заранее определенной области ОЗУ  сохраняются все промежуточные  результаты и адрес останова в  программе, и микропроцессор выполняет  специальную программу обработки  прерывания, в которой указано, что  надо сделать в этом случае. После  ее завершения восстанавливаются все  промежуточные результаты, и микропроцессор продолжает выполнение текущей программы  с запомненного ранее адреса. В основу архитектуры современных ПК положен магистрально-модульный принцип. Этот принцип позволяет самим комплектовать нужную конфигурацию компьютера и при необходимости производить ее модернизацию. Модульная организация опирается на шинный метод обмена информацией между модулями (устройствами). Этот принцип также называют принципом открытой архитектуры.

Структура современного ПК

Структура компьютера –  это некоторая модель, устанавливающая  состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов (рис.2).

Рис. 2.  Структурная  схема ПК

Рассмотрим принципы взаимодействия основных устройств ПК.

Материнская (системная) плата – важнейший элемент ПК, к которому подключено всё то, что составляет сам компьютер (рис. 3). В нее устанавливается процессор, оперативная память, микропроцессорный комплект (чипсет), с ней связаны жесткий диск и CD-ROM, к ней подключаются различные дополнительные устройства.

Рис. 3. Системная  плата MSI X48 Platinum

Таким образом, материнская  плата, центральный процессор, оперативная  память составляют основу ПК, от их производительности зависит производительность компьютера в целом. На материнской плате  находятся специальные перемычки  – джамперы, позволяющие подстроить ее под тип процессора и других устройств, устанавливаемых на ней. На материнской плате устанавливаются разъемы для установки дополнительных устройств – слоты расширения. Все дополнительные устройства взаимодействуют с процессором и оперативной памятью через системную магистраль передачи данных – шину. Виды слотов расширения различаются по типу шины.

Аппаратно-логические устройства, отвечающие за совместное функционирование различных компонентов, называют интерфейсами. (рис.4).

Рис.4.  Интерфейс Parallel ATA

Современный компьютер заполнен разными интерфейсами, обеспечивающими  всеобщее взаимодействие. В основе построения интерфейсов лежат унификация и стандартизация (использование единых способов кодирования данных, форматов данных, стандартизация соединительных элементов – разъемов и т.д.). Именно совокупность интерфейсов, реализованных в компьютере, образует архитектуру компьютера.

Центральной частью компьютера является системный блок с присоединенными  к нему клавиатурой, монитором и  мышью (рис. 5, а)). Системный блок и  монитор независимо друг от друга  подключаются к источнику питания  – сети переменного тока.  В  современных компьютерах дисплей  и системный блок иногда монтируются  в едином корпусе (Рис. 5, б)).

               а)                                                          б)

Рис. 5. а) системный  блок DEPO Ego 8311MN WV_HB, монитор, клавиатура и мышь; б) монитор Albatron со встроенным системным блоком

В системном блоке располагаются  все основные устройства компьютера: микропроцессор, оперативная память, контроллеры, накопители, дисководы для компакт-дисков, блок питания, счетчик времени и другие устройства.

Все компоненты ПК по их функциональному  отношению к работе с информацией  можно условно разделить на:

• устройства обработки информации (центральный процессор, специализированные процессоры);
• устройства хранения информации (жесткий диск, CD-ROM, оперативная память и др.)
• устройства ввода информации (клавиатура, мышь, микрофон, сканер и т.д.)
• устройства вывода информации (монитор, принтер, акустическая система и т.д.).

Архитектура ПК в  будущем

Современный ПК используется в таких приложениях, для которых первоначально и не предназначался. 3D графика, потоковое видео, многоканальное аудио и высокоскоростные коммуникации стали настолько привычными и обязательными, что компьютерные системы находятся под постоянным напором новых требований к их архитектуре. К сожалению, ПК, которые мы видим в настоящее время, с их древними форм-факторами и унаследованной из поколения в поколение уродливостью, не могут в полной мере соответствовать требованиям, предъявляемым к современным ПК. Новая архитектура от NVIDIA - nForce, разработана фактически с чистого листа на основе нескольких новейших технологий, в результате чего получилась воистину современная платформа XXI века.

Архитектура NVIDIA nForce обладает самой производительной на сегодняшний день платформой; новой шиной AMD HyperTransport, связывающей обе части чипсета nForce - IGP и MCP, позволяющей добиться в шесть раз большей производительности, чем принятые в настоящие время внешние шинные соединения; многоканальным, высокопроизводительным аудио движком, позволяющим декодировать аудио по схеме Dolby Digital 5.1 в реальном времени. NVIDIA nForce составлена из двух "сопроцессоров": nForce Integrated Graphics Processor (IGP) и nForce Media and Communications Processor (MCP).[13]

Продолжая совершенствовать концепции дизайна персональных компьютеров, компании Microsoft и Hewlett-Packard недавно познакомили нас с  еще одним вариантом ПК будущего. Разработка носит кодовое название Athens и с виду напоминает Tablet PC, подключенный проводом к стоящей отдельно док-станции  небольшого размера. Прототип, демонстрировавшийся на конференции WinHEC в Новом Орлеане, предстал перед аудиторией в виде сравнительно небольшого по размерам «системного блока», соединенного с плоскопанельным монитором с диагональю 23 дюйма. Этот дисплей оснащен телефонной гарнитурой и видеокамерой, размещенными с разных сторон, в дисплейном модуле могут также размещаться медиа-порты и приводы для оптических дисков. Все остальные компоненты ПК, в том числе процессор и системная плата, помещены в компактное шасси, соединенное с дисплеем одним кабелем. По этому кабелю, как поясняют разработчики, осуществляются и подача питания на экран, и передача различных данных. Устройство работает с беспроводными клавиатурой и мышью. Таким образом прототип Athens представляет настольную систему, которая дает пользователю также возможность участвовать в видеоконференциях и разговаривать по телефону наряду с выполнением привычной работы с Web и электронной почтой (рис. 10).

Рис. 10. Настольная система  Athens с новой архитектурой

 Как подчеркнул Байрон Сэндз, директор по вопросам передовых технологий подразделения персональных компьютеров HP, Athens разрабатывается не как элитное устройство, а как стандарт для настольных систем будущего. В целях продвижения на рынок новой эталонной архитектуры Microsoft намерена оказывать активную помощь производителям аппаратного обеспечения.

Создание качественно  новых вычислительных систем с более  высокой производительностью и  некоторыми характеристиками искусственного интеллекта, например с возможностью самообучения,- очень актуальная тема. Последние десять лет такие разработки ведутся во многих направлениях - наиболее успешными и быстро развивающимися из них являются квантовые компьютеры, нейрокомпьютеры и оптические компьютеры, поскольку современная элементная и технологическая база имеет  все необходимое для их создания.

Носителем информации в оптических компьютерах будет световой поток. Весь набор полностью оптических логических устройств для синтеза  более сложных блоков оптических компьютеров реализуется на основе пассивных нелинейных резонаторов-интерферометров. Элементы памяти оптического компьютера представляют собой полупроводниковые  нелинейные оптические интерферометры, в основном, созданными из арсенида галлия (GaAs). К настоящему времени  уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических  компьютеров – оптические процессоры, ячейки памяти, однако до полной сборки еще далеко.

Основной строительной единицей квантового компьютера является кубит (qubit, Quantum Bit). Классический бит имеет  лишь два состояния - 0 и 1, тогда как  состояний кубита значительно больше. Для описания состояния квантовой  системы было введено понятие  волновой функции, ее значение представляется в виде вектора с большим числом значений. Для того чтобы практически  реализовать квантовый компьютер, существуют несколько важных правил, которые в 1996 г. привел Дивиченцо. Без  их выполнения не может быть построена  ни одна квантовая система: точно  известное число частиц системы, возможность приведения системы  в точно известное начальное  состояние, высокая степень изоляции от внешней среды, умение менять состояние  системы согласно заданной последовательности элементарных преобразований. Выполнение этих требований вполне реально с  помощью существующих квантовых  технологий.

Нейрокомпьютеры - это совершенно новый тип вычислительной техники, иногда их называют биокомпьютерами. Нейрокомпьютеры  можно строить на базе нейрочипов, которые функционально ориентированы  на конкретный алгоритм, на решение  конкретной задачи. Возможна эмуляция нейрокомпьютеров (моделирование) - как  программно на ПЭВМ и суперЭВМ, так  и программно-аппаратно на цифровых супербольших интегральных схемах. Искусственная  нейронная сеть построена на нейроноподобных  элементах - искусственных нейронах и нейроноподобных связях. Один искусственный  нейрон может использоваться в работе нескольких (приблизительно похожих) алгоритмов обработки информации в сети, и  каждый алгоритм осуществляется при  помощи некоторого количества искусственных  нейронов.

Недавно американская фирма Nantero из Бостона, разработала технологию, позволяющую серийно производить  чипы памяти на нанотрубках до 10Гб данных. Память нового поколения, использующая массив фуллереновых трубок на поверхности  чипа кремния (NRAM, Nanoscale Random Access Memory) будет  хранить данные даже после отключения питания устройства. Резко может  измениться структура компьютера. Загрузка компьютеров, оснащенных такой памятью, при включении будет происходить  мгновенно. Да и быстродействие компьютеров  значительно возрастет, так как  не будет обращения к винчестеру. Винчестеры как таковые будут  не нужны! Можно будет отказаться от системного блока!

Компьютер недалекого будущего состоит из следующих частей: жидкокристаллический дисплей 19 дюймов на котором сзади  располагается системная плата  с процессором и памятью. Сейчас Intel выпустила наборы системной логики 865 и 875, с двухканальным контроллером памяти. Наверное, будет 4-х и 8-ми канальная  организация памяти. Емкость памяти компьютера 100-200 Гб. От южного моста  можно оставить 6-канальный звук. От CD и DVD приводов можно будет отказаться так, как данные удобней будет  переносить на компактной флэш-памяти.

ПРАКТИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ

Общая характеристика задачи

Фирма ООО «Титаник» предоставляет  услуги по перевозке грузов. Для  определения затрат на приобретение материалов ежемесячно ведется учет количества приобретаемого топлива. Данные о ценах и количестве приобретенного топлива в течение месяца приведены  на рис. 1.

1. Построить таблицы по приведенным ниже данным.
2. Выполнить расчет средней цены 1 л. топлива по каждому виду, данные расчета занести в таблицы (рис. 1). Средняя цена определяется как отношение общей суммы затрат на приобретение данного вида топлива в течение месяца к общему количеству приобретенного топлива за месяц.
3. Организовать межтабличные связи для автоматического формирования ведомости затрат на приобретение топлива за квартал.
4. Сформировать и заполнить сводную ведомость затрат на приобретение топлива за квартал, определить среднюю цену 1 л. топлива за квартал (рис. 2).
5. Результаты расчета средней цены 1 л. топлива по каждому месяцу и по каждому виду топлива представить в графическом виде.
6. Ведомость затрат на приобретение ГСМ за январь 2006 г.

Ведомость затрат на приобретение ГСМ за февраль 2006 г.

Ведомость затрат на приобретение ГСМ за март 2006 г.

Рис. 1. Данные о затратах на приобретение ГСМ по месяцам

Рис. 2. Ведомость затрат на приобретение ГСМ за квартал

Цель  решения задачи: на основании исходных данных необходимо рассчитать среднюю цену 1 л. топлива по каждому виду за месяц, а также за  квартал 2006 г., сформировать и заполнить сводную ведомость затрат на приобретение топлива за квартал и представить полученные данные в графическом виде.

Место решения задачи: бухгалтерия фирмы ООО «Титаник».

Описание алгоритма  решения задачи с использованием MS Excel

1. Запускаем табличный процессор MS Excel.
2. Создаем книгу с именем «Титаник».
3. Лист 1 переименовываем в лист с названием «январь», создаем таблицу «Ведомость затрат на приобретение ГСМ за январь 2006 г.» и заполняем ее исходными данными.
4. Разрабатываем структуру шаблона выходного документа «Ведомость затрат на приобретение ГСМ за январь 2006 г.»

Таблицы «Ведомость затрат на приобретение ГСМ за февраль 2006 г.» и «Ведомость затрат на приобретение ГСМ за март 2006 г.» имеют аналогичную структуру.

5. Выполняем расчет средней цены 1 л дизельного топлива по каждому виду: в ячейку I6 вводим формулу =(C6*D6+E6*F6+G6*H6)/(D6+F6+H6), Подведя указатель мыши к нижнему правому углу ячейки I6, нажав левую кнопку мыши и удерживая ее, копируем функцию до ячейки I8.
6. Выполняем расчет средней цены 1 л горючего за месяц: в ячейку I9 вводим формулу =СУММ(I6:I8)/3.
7. Аналогично делаем расчеты в таблице «Ведомости затрат на приобретение ГСМ за февраль 2006 г.» (лист «февраль») и таблице «Ведомости затрат на приобретение ГСМ за март 2006 г.» (лист «март»).

Получаем следующие выходные документы:

8. Лист 4 переименовываем в лист с названием «квартал», создаем таблицу «Ведомость затрат на приобретение ГСМ за 1 квартал 2006 г.» и заполняем ее исходными данными.
9. Разрабатываем структуру шаблона выходного документа «Ведомость затрат на приобретение ГСМ за квартал»:

10. Организовываем межтабличные связи для автоматического формирования ведомости затрат на приобретение топлива за квартал.
11. На основании межтабличных связей формируем сводную ведомость затрат на приобретение топлива за квартал (ячейки D12:I14). Определяем среднюю цену 1 л дизельного топлива за квартал: в ячейку J12 вводим формулу =(D12*E12+F12*G12+H12*I12)/(E12+G12+I12) Подведя указатель мыши к нижнему правому углу ячейки J12, нажав левую кнопку мыши и удерживая ее, копируем функцию до ячейки J14, тем самым узнаем сколько стоит 1 л бензина АИ-92 и бензина АИ-95. Затем рассчитываем среднюю цену 1 л топлива по трем видам за квартал: в ячейку J15 вводим формулу =СУММ(J12:J14)/3.

Получаем следующий выходной документ:

12.  Активизируем лист «январь», выберем в строке меню команды Формулы/Зависимости формул/Показать формулы. Получаем шаблон выходного документа «Ведомость затрат на приобретение ГСМ за январь 2006 г.» с формулами расчета:

Аналогично получаем шаблоны  выходных документов: