Инновационное совершенствование персонального компьютера

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Тема курсовой работы – «Инновационное совершенствование персонального компьютера». 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 угнаться за инновациями совершенствование персонального компьютера.

В условиях рынка все большее число компаний осознают преимущества использования информационных систем (ИС). В некоторых случаях ИС – это не только набор услуг, но и важнейший компонент бизнеса, как, например, система резервирования билетов или средства предоставления финансовой информации. Чтобы получить выгоду от использования информационной системы, ее следует создавать в короткие сроки и с уменьшенными затратами. Информационная система должна быть легко сопровождаемой и управляемой.

 Создание информационной  системы предприятия – достаточно  сложный и многоступенчатый процесс, который, весьма часто, содержит  фазу информационного моделирования. Информационная модель – это  спецификация структуры данных  и бизнес правил (правил предметной  области). 
1 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 (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1– 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.

2 Структура  современного ПК

Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Структурная схема ПК

Рассмотрим принципы взаимодействия основных устройств ПК.

Материнская (системная) плата – важнейший элемент ПК, к которому подключено всё то, что составляет сам компьютер (рисунок 2.2). В нее устанавливается процессор, оперативная память, микропроцессорный комплект (чипсет), с ней связаны жесткий диск и CD-ROM, к ней подключаются различные дополнительные устройства.

Рисунок 2.2 – Системная плата

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.

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. 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 (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 – 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.).

Микропроцессор (центральный микропроцессор, CPU) – программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации под управлением программы, находящейся сейчас в оперативной памяти.

Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему – тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных сантиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Микропроцессор установлен на материнской плате и связан с ней интерфейсом процессорного разъема (Socket). На рисунке 2.4 показан микропроцессор IBM z196 самый быстрый микропроцессор в мире с частотой 5,92 ГГц для одного ядра созданный компанией IBM.

Рисунок 2.4 – Микропроцессор IBM z196

Этот процессор состоит из четырех ядер, размещенных на одном кристалле, и у каждого ядра частота составляет 5,92 ГГц. Поэтому суммарная тактовая частота процессора является рекордной на сегодняшний день. Кроме того, новый процессор использует технологию eDRAM сверх-быстрого обмена данными между ядрами.

В состав микропроцессора входят АЛУ, устройство управления, внутренние регистры. УУ вырабатывает управляющие сигналы для выполнения команд, АЛУ – арифметические и логические операции над данными. Оно может состоять из нескольких блоков, например блока обработки целых чисел и блока обработки чисел с плавающей запятой.

Оперативная память (ОП, англ. RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) – это быстродействующее запоминающее устройство с прямым доступом процессора, которое предназначено для записи, считывания и временного хранения выполняемых программ и данных. Она ограничена по объему. ОП – электрическое устройство, и при выключении ПК все его содержимое пропадает. На рисунке 2.5 показана самая быстрая оперативная память Corsair Dominator GTX созданная компнией Corsair.

Рисунок 2.5 – Оперативная память Corsair Dominator GTX

Модули памяти Corsair Dominator GTX, охлаждаемые с помощью фирменных DHX+ радиаторов, работают на частоте 2333 МГц, что на 333 МГц больше, нежели частота бывшего рекордсмена - оперативной памяти той же компании Corsair. По словам Corsair, абсолютно все модули GTX серии тестируются при максимальной нагрузке, дабы гарантировать высокий уровень разгонного потенциала.

Несмотря на дефолтную частоту 2333 МГц, Corsair обещает стабильную работу на частоте 2400 МГц при таймингах 9-11-9-27 и рабочем напряжении 1,65 В.

3 CASE-СРЕДСТВА ВЫБРАННЫЕ ДЛЯ НАПИСАНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

CASE-технологии охватывают  весь спектр работ по созданию  и сопровождению программного  обеспечения (главным образом, анализ  и разработку, составление проектной  документации, кодирование и тестирование  системы).

CASE-технологии (Computer-Aided Software/System Engineering) – инструментальные средства, используемые при проектировании систем.

Современные CASE-средства поддерживают множество технологий моделирования информационных систем, начиная от простых методов анализа и регламентации и заканчивая инструментами полной автоматизации процессов всего жизненного цикла программного обеспечения.

CASE-технологии имеют ряд характерных особенностей:

• обладают графическими средствами для проектирования и документирования модели информационной системы;
• имеют организованное специальным образом хранилище данных, содержащее информацию о версиях проекта и его отдельных компонентах;
• расширяют возможности для разработки систем за счет интеграции нескольких компонент CASE-технологий.

На рынке программного обеспечения насчитывается более 300 различных CASE-средств. Наиболее известными являются BPwin, Erwin.

BPwin – технология, предназначенная для описания, анализа и моделирования бизнес-процессов. Использует семейство нотаций IDEF, DFD.

ERwin – технология моделирования баз данных, использующее методологию IDEF1X. ERwin имеет два уровня представления модели – логический и физический.

Однако CASE-технологии находятся в стороне от непосредственного управления бизнесом. Они помогают разобраться с существующей и желаемой ситуацией, но не являются средством автоматизации процессов, что обуславливает целесообразность использования продуктов класса workflow, BPMS в сочетании с программами учета.

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ  БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ

Бизнес-процесс – это логичный, последовательный, взаимосвязанный набор мероприятий, который потребляет ресурсы, создаёт ценность и выдаёт результат. В международном стандарте ISO 9000:2000 принят термин "процесс", однако в настоящее время эти термины можно считать синонимами. Моделирование бизнес-процессов – это эффективное средство поиска путей оптимизации деятельности компании, позволяющее определить, как компания работает в целом и как организована деятельность на каждом рабочем месте. Под методологией (нотацией) создания модели (описания) бизнес-процесса понимается совокупность способов, при помощи которых объекты реального мира и связи между ними представляются в виде модели. Для каждого объекта и связей характерны ряд параметров, или атрибутов, отражающих опредёленные характеристики реального объекта (номер объекта, название, описание, длительность выполнения (для функций), стоимость и др.).

Описание бизнес-процессов проводится с целью их дальнейшего анализа и реорганизации. Целью реорганизации может быть внедрение информационной системы, сокращение затрат, повышение качества обслуживания клиентов, создание должностных и рабочих инструкций и т.п., а детальное описание процессов само по себе не представляет ценности. Реинжиниринг бизнес-процессов (англ. Business process reengineering) – это фундаментальное переосмысление и радикальное перепроектирование бизнес-процессов для достижения максимальной эффективности производственно-хозяйственной и финансово-экономической деятельности, оформленное соответствующими организационно-распорядительными и нормативными документами. Бизнес-инжиниринг состоит из моделирования бизнес-процессов (разработка модели "как есть", её анализ, разработка модели "как надо") и разработки и реализации плана перехода к состоянию "как надо".

Основу многих современных методологий моделирования бизнес-процессов составили методология SADT (Structured Analysis and Design Technique – метод структурного анализа и проектирования), семейство стандартов IDEF (Icam DEFinition, где Icam – это Integrated Computer-Aided Manufacturing) и алгоритмические языки. Основные типы методологий моделирования и анализа бизнес-процессов:

• Моделирование бизнес-процессов (Business Process Modeling). Наиболее широко используемая методология описания бизнес-процессов – стандарт IDEF0. Модели в нотации IDEF0 предназначены для высокоуровневого описания бизнеса компании в функциональном аспекте.
• Описание потоков работ (Work Flow Modeling). Стандарт IDEF3 предназначен для описания рабочих процессов и близок к алгоритмическим методам построения блок-схем.
• Описание потоков данных (Data Flow Modeling). Нотация DFD (Data Flow Diagramming), позволяет отразить последовательность работ, выполняемых по ходу процесса, и потоки информации, циркулирующие между этими работами.
• Прочие методологии.

По отношению к получению добавленной ценности продукта или услуги можно выделить следующие классы процессов:

• Основные бизнес-процессы (например, маркетинг, производство, поставки и сервисное обслуживание продукции).
• Обеспечивающие бизнес-процессы не добавляют ценность продукта, но увеличивают его стоимость (например, финансовое обеспечение деятельности, обеспечение кадрами, юридическое обеспечение, администрирование, обеспечение безопасности, поставка комплектующих материалов, ремонт и техническое обслуживание и т.д.).
• Бизнес-процессы управления.
• Бизнес-модель – это формализованное (графическое, табличное, текстовое, символьное) описание бизнес-процессов. Основная область применения бизнес-моделей – это реинжиниринг бизнес-процессов.

Цели моделирования бизнес-процессов обычно формулируются следующим образом:

• обеспечить понимание структуры организации и динамики происходящих в ней процессов;
• обеспечить понимание текущих проблем организации и возможностей их решения;
• убедиться, что заказчики, пользователи и разработчики одинаково понимают цели и задачи организации;
• создать базу для формирования требований к ПО, автоматизирующему бизнес-процессы организации (требования к ПО формируются на основе бизнес-модели).

Важным элементом модели бизнес-процессов являются бизнес-правила или правила предметной области. Типичными бизнес-правилами являются корпоративная политика и государственные законы. Бизнес-правила обычно формулируются в специальном документе и могут отражаться в моделях.

Декомпозиция в общем смысле – это метод, позволяющий заменить решение одной большой задачи решением серии меньших задач, расщепление объекта на составные части по установленному критерию. Практически декомпозиция применяется для детализации бизнес-моделей.

Этапы описания бизнес-процессов:

• Определение целей описания.
• Описание окружения, определение входов и выходов бизнес-процесса, построение IDEF0-диаграмм.
• Описание функциональной структуры (действия процесса), построение IDEF3-диаграмм.
• Описание потоков (материальных, информационных, финансовых) процесса, построение DFD-диаграмм.
• Построение организационной структуры процесса (отделы, участники, ответственные).

Модель состоит из диаграмм, фрагментов текстов и глоссария, имеющих ссылки друг на друга. Диаграммы – главные компоненты модели, все функции и интерфейсы на них представлены как блоки и дуги. Место соединения дуги с блоком определяет тип интерфейса:

• Управляющая информация входит в блок сверху.
• Входная информация входит в блок слева.
• Результаты выходят из блока справа.
• Механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет операцию, входит в блок снизу.

Каждый компонент модели может быть декомпозирован (расшифрован более подробно) на другой диаграмме. Рекомендуется прекращать моделирование, когда уровень детализации модели удовлетворяет ее цель. Общее число уровней в модели не должно превышать 5-6.

Построение диаграмм начинается с представления всей системы в виде одного блока и дуг, изображающих интерфейсы с функциями вне системы. Затем блок, который представляет систему в качестве единого модуля, детализируется на другой диаграмме с помощью нескольких блоков, соединенных интерфейсными дугами. Каждая детальная диаграмма является декомпозицией блока из диаграммы предыдущего уровня. На каждом шаге декомпозиции диаграмма предыдущего уровня называется родительской для более детальной диаграммы.

На таких диаграммах не указаны явно ни последовательность, ни время. Метод обладает рядом недостатков: сложность восприятия (большое количество дуг на диаграммах и большое количество уровней декомпозиции), трудность увязки нескольких процессов.

Этот метод предназначен для моделирования последовательности выполнения действий и взаимозависимости между ними в рамках процессов. Модели IDEF3 могут использоваться для детализации функциональных блоков IDEF0, не имеющих диаграмм декомпозиции.

Диаграммы IDEF3 отображают действие в виде прямоугольника. Действия именуются с использованием глаголов или отглагольных существительных, каждому из действий присваивается уникальный идентификационный номер. Все связи в IDEF3 являются однонаправленными и организуются слева направо.

Типы связей IDEF3:

• Временное предшествование (Temporal precedence), простая стрелка. Исходное действие должно завершиться, прежде чем конечное действие сможет начаться.
• Объектный поток (Object flow), стрелка с двойным наконечником. Выход исходного действия является входом конечного действия. Исходное действие должно завершиться, прежде чем конечное действие сможет начаться. Наименования потоковых связей должны чётко идентифицировать объект, который передается с их помощью.
• Нечеткое отношение (Relationship), пунктирная стрелка.
• Завершение одного действия может инициировать начало выполнения сразу нескольких других действий, или наоборот, определенное действие может требовать завершения нескольких других действий до начала своего выполнения (ветвление процесса). Ветвление процесса отражается с помощью специальных блоков:

1. "И", блок со знаком &.

2. "Исключающее ИЛИ" ("одно из"), блок со знаком Х.
3. "ИЛИ", блок со знаком О.

Если действия "И", "ИЛИ" должны выполняться синхронно, это обозначается двумя двойными вертикальными линиями внутри блока, асинхронно – одной.

Метод IDEF3 позволяет декомпозировать действие несколько раз, что обеспечивает документирование альтернативных потоков процесса в одной модели.

Цель такого представления – продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные. Может отражать не только информационные, но и материальные потоки.

Так же, как и в других моделях, поддерживается декомпозиция.

Основными компонентами диаграмм потоков данных являются:

• внешние сущности (материальный объект или физическое лицо, являющиеся источником или приёмником информации, например, заказчики, персонал, поставщики, клиенты, склад);
• системы и подсистемы (например, подсистема по работе с физическими лицами);
• процессы (преобразование входных потоков данных в выходные в соответствии с определенным алгоритмом; физически это может быть, например, подразделение организации (отдел), выполняющее обработку входных документов и выпуск отчетов, программа, аппаратно реализованное логическое устройство и т.д.);
• накопители данных (абстрактные устройства для хранения информации);
• потоки данных (на диаграмме – стрелки).

Необходимо размещать на каждой диаграмме от 3 (меньше нет смысла) до 7 (больше - не воспринимаемо) процессов, не загромождая диаграммы несущественными на данном уровне деталями.

Первым шагом при построении иерархии DFD является построение контекстных диаграмм. Обычно при проектировании относительно простых систем строится единственная контекстная диаграмма со звездообразной топологией, в центре которой находится так называемый главный процесс, соединенный с приемниками и источниками информации. Для сложных систем (десять и более внешних сущностей, распределенная природа и многофункциональность системы) строится иерархия контекстных диаграмм. При этом контекстная диаграмма верхнего уровня содержит не единственный главный процесс, а набор подсистем, соединенных потоками данных.

Каждый процесс на DFD может быть детализирован при помощи DFD или (если процесс элементарный) спецификации. Спецификации представляют собой описания алгоритмов задач, выполняемых процессами. Языки спецификаций могут варьироваться от структурированного естественного языка или псевдокода до визуальных языков моделирования.

При моделировании бизнес-процессов диаграммы потоков данных (DFD) используются для построения моделей "AS-IS" и "AS-TO-BE", отражая, таким образом, существующую и предлагаемую структуру бизнес-процессов организации.

4.1  Создание  контекстной IDEF0-диаграммы

Прежде чем построить контекстную диаграмму, необходимо определится, что будет являться входом, выходом, управлением и механизмами.

Вход (input) – материал или информация, которые используются или преобразуется работой для получения результата (выхода), т.к. допускается, что работа может не иметь ни одной стрелки входа, и мы имеем дело с интеллектуальным трудом, то данный тип стрелок на контекстной диаграмме будет отсутствовать.

Управление (Control) – правила, стратегии, процедуры или стандарты, которыми руководствуется работа. В данном случае управлением будет являться «Правила и процедуры», которыми руководствуется специалисты.

Выход (Output) – материал или информация, которые производятся работой. Каждая работа должна иметь хотя бы одну стрелку выхода. В данном случае выходом для работы «Создание искусственной почки» является «Выписка пациента».

Механизм (Mechanism) – ресурсы, которые выполняют работу, в конкретном случае «Специалисты».

При создании новой модели в нотации IDEF0 на экране появляется прямоугольник, характеризующий процесс (работу), к которому при помощи пиктограммы Precedence Arrow Tool добавляем нужные нам стрелки. Для того что бы подписать стрелки и обозначить выполняемую работу, дважды кликнем по каждому элементу (по очереди) и в открывающихся окнах введем нужные нам подписи.

Полученная контекстная диаграмма приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Изображение контекстной диаграммы, реализованной в BPWin

После разработки контекстной диаграммы выполняется разбиение ее блока на более мелкие компоненты (функциональная декомпозиция). Диаграммы, описывающие каждый компонент и их взаимодействие, называются диаграммами декомпозиции.

4.2  Создание  диаграмм декомпозиции в нотации IDEF0

В функциональной схеме необходимо добиться такой степени детализации, при которой каждый из функциональных блоков можно было бы представить в виде функции или группы функций. Блоки будут декомпозированы до тех пор, пока реализация функции, записанной в блоке, не будет простой и не потребует реализации других функций.

Для того чтобы декомпозировать работу, выбираем ее и нажимаем на пиктограмму , в появившемся окне Activity Box Count выбираем IDEF0 и устанавливаем количество равным 5, которое соответствует количеству работ выполняемых при пересадке искусственной почки. В полученной диаграмме первого уровня соотносим стрелки (механизмы, управление, выход) с процессами.

Декомпозиция первого уровня в нотации IDEF0 приведена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Диаграмма первого уровня в нотации IDEF0

4.3 Создание  диаграмм декомпозиции в нотации DFD