Mis tüüpi digitaalsete infotöötlusseadmetega on tegemist? Digitaalseadmed on seadmed arvutile kättesaadaval kujul esitatud teabe töötlemiseks. Need on: puutetundlikud ekraanid skannerid kaamerad videokaamerad mobiiltelefonid veebikaamerad dokumendikaamerad projektorid traadita andmeedastusseadmed videovalvesüsteemid

Videokaamerad Videokaamera on elektrooniline filmimisaparaat, seade pildistatud objektide optiliste kujutiste saamiseks valgustundlikul elemendil, mis on kohandatud liikuvate kujutiste salvestamiseks või edastamiseks televisiooni. Tavaliselt varustatud mikrofoniga paralleelseks helisalvestuseks.

Veebikaamerad Veebikaamera (ka veebikaamera) on reaalajas pilte salvestav digitaalne video- või fotokaamera, mis on mõeldud edasiseks edastamiseks Interneti kaudu (nt Instant Messengeri või mõnes muus videorakenduses).

Projektorid Projektor on valgustusseade, mis jaotab valgusvoo kontsentratsiooniga lambi valgust ümber väikesel pinnal või väikeses mahus. Projektorid on peamiselt optilis-mehaanilised või optilis-digitaalsed seadmed, mis võimaldavad valgusallikat kasutades projitseerida objektide kujutisi seadme ekraanist väljaspool asuvale pinnale.

Bluetoothi ​​juhtmeta andmeedastusseadmed tagavad teabevahetuse selliste seadmete vahel nagu tasku- ja tavalised personaalarvutid, mobiiltelefonid, sülearvutid, printerid, digikaamerad, hiired, klaviatuurid, juhtkangid, kõrvaklapid, peakomplektid usaldusväärsel, odaval, universaalselt kättesaadaval raadiosagedusel. lähisuhtlus.

Juhtmeta andmeedastusseadmed GPRS (General Packet Radio Service) on GSM-i mobiilsidetehnoloogia lisandmoodul, mis teostab pakettandmeedastust. GPRS võimaldab mobiilsidevõrgu kasutajal vahetada andmeid teiste GSM-võrgu seadmetega ja välisvõrkudega, sealhulgas Internetiga. GPRS-i puhul võetakse tasu vastavalt edastatud/vastuvõetud teabe mahule, mitte võrgus veedetud ajale.

Juhtmeta andmeedastusseadmed Võimaldab teil võrku juurutada ilma kaableid vedamata ning võib vähendada võrgu juurutamise ja laiendamise kulusid. Traadita võrkude kaudu saab teenindada kohti, kuhu kaablit paigaldada ei saa, näiteks õues ja ajaloolise väärtusega hoonetes. Erinevalt mobiiltelefonidest võivad Wi-Fi-seadmed töötada erinevates riikides üle maailma. Wi-Fi (Wireless Fidelity) on traadita kohtvõrgu seadmete standard.

Videovalve Videovalve (inglise keeles: Closed Circuit Television, CCTV suletud televisioonisüsteem) on protsess, mis viiakse läbi optilis-elektrooniliste seadmete abil, mis on mõeldud visuaalseks jälgimiseks või automaatseks pildianalüüsiks (nägude automaatne tuvastamine, riigi numbrimärgid).

Digitaalsed infotöötlusseadmed Autor: Dmitri Tarasov, 2009

Digitaalne infotöötlusseade ja kogu kirjastussüsteemi “aju” on arvuti, mis samuti kujutab endast mitmetasandilist struktuuri. See sisaldab nii töötlemiselemente (protsessor) kui ka mitut tüüpi teabesalvestusseadmeid (RAM, kõvaketas, videomälu), aga ka mitmeid abielemente (pordid ja muud komponendid)

Graafikaga, eriti trükkimiseks mõeldud graafikaga töötamine nõuab kasutatava arvuti üsna olulisi parameetreid. Kahjuks (ainult autori jaoks) on tehnoloogilise arengu tempo selles valdkonnas ebatavaliselt kiire ning raamatu kirjutamise, ettevalmistamise, trükkimise ja levitamise ajaraam ei suuda sellega sammu pidada, seega võtame arvesse ainult põhiparameetreid, mida disainer peab arvuti taha istudes aru saama.

Personaalarvuti on ennekõike süsteemiüksus, milles asuvad kõik arvuti põhikomponendid. Arvuti "aju" on mikroprotsessor - Arvuti keskseks seadmeks on mitme ruutsentimeetri suurune elektroonikaskeem, mis tagab kõigi rakendusprogrammide täitmise ja kõikide seadmete juhtimise. Mikroprotsessor on valmistatud ülisuure (mitte suuruse, vaid elektroonikakomponentide arvu poolest, mille arv ulatub mitme miljonini) integraallülitusena, mis paikneb räniplaadil.

Mikroprotsessorid võivad erineda järgmiste põhiparameetrite poolest:

Tüüp (mudel) tähendab mikroprotsessorite põlvkonda, näiteks on seeriaprotsessoreid, mida ühiselt nimetatakse "286", "386", "486", "Pentium".

Kell sagedus määrab ühe sekundi jooksul sooritatud elementaaroperatsioonide arvu. Seda mõõdetakse hertsides (Hz). Kellasagedus on peamine parameeter, mis tagab protsessori jõudluse. Mida kõrgem on protsessori tüüp, seda suurem on taktsagedus. Ühel esimestest personaalarvutite mudelitest oli protsessor taktsagedusega 4,77 MHz ja uusimad protsessorid on ületanud 1 GHz piiri.

Biti sügavus määrab infosiinide kaudu samaaegselt (sünkroonselt) edastatavate bittide arvu. Arvuti jõudlus on samuti otseselt seotud biti mahuga. See parameeter muutub hüppeliselt: 8 bitti, seejärel 16, 32 bitti ja lõpuks 64-bitiseid siine.

Arvutit tervikuna iseloomustavad mitmed muud parameetrid, mis mõjutavad selle jõudlust.

Töökorras mälu ( või RAM - muutmälu) määrab protsessori poolt hallatava mälumahu. RAM on kiire ja muutlik (toite väljalülitamisel kaob info täielikult) mälu, milles paikneb hetkel töötav programm ja selleks vajalikud andmed. Mida suurem see väärtus, seda rohkem teavet saab korraga töötlemiseks saadaval olla. RAM-i maht on suhteliselt lühikese ajaloolise perioodi jooksul kasvanud tänapäevastes süsteemides (isegi kõige tagasihoidlikumates konfiguratsioonides) 640 KB-lt kümnete MB-ni. Arvuti jõudlus (töökiirus) sõltub otseselt RAM-i mahust.

Videomälu - See on eraldi RAM, mis asub spetsiaalsel videokaardil. See mälu sisaldab andmeid, mis vastavad hetkel ekraanil olevale pildile.

Kaasaegne personaalarvuti rakendab avatud arhitektuuri põhimõtet, mis võimaldab peaaegu vabalt muuta seadmete (moodulite) koostist. Peamise infomagistraaliga on ühendatud suur hulk välisseadmeid. On väga oluline, et mõned seadmed saaks asendada teistega. Isegi mikroprotsessor ja RAM-kiibid pole erand.

Välisseadmete riistvaraühendus infomagistraaliga toimub spetsiaalse ploki kaudu, mida nimetatakse kontroller(mõnikord nimetatakse seda adapteriks). Ja välisseadmete toimimise tarkvaralist juhtimist pakuvad ka spetsiaalsed programmid - autojuhid, mis on tavaliselt operatsioonisüsteemi integreeritud.

Tunni teema:"Digitaalsed teabetöötlusseadmed: digitaalkaamera"

Tunni eesmärk:

Luua õpilastele tingimused arusaamise kujunemiseks infotöötluseks mõeldud digiseadmete tüüpidest ja otstarvetest;

Arendada oskusi info töötlemisel erinevate seadmete abil;

Kasvatada hoolivat suhtumist arvutitehnikasse ja ohutu käitumise reeglitest kinnipidamist.

Õpilased peaksid teadma:

Digikaamera kasutamise võimalus.

Tunni pakkumine:

esitlus “Digikaamera”;

multimeediaprojektor ja ekraan;

digitaalkaamera;

Õppetunni edenemine:

Organisatsiooniline moment.

Tervitamine, õpilaste organiseerimine ühiseks produktiivseks tegevuseks.

Uue materjali selgitus.

küsimus Milliseid digitaalseid teabetöötlusseadmeid teate kõige sagedamini?

Täna vaatame digikaameraid. Õppige materjali järgmiselt: igaüks joonistab kaardi ülesandega ja uurib materjali. Seejärel moodustatakse kaardinumbrite abil rühmad (paarid), arutletakse koos materjali üle ja valitakse viis, kuidas seda teistele edastada. Tunni lõpus peaks meil olema idee digitaalkaamerast kui teabe töötlemise ja arvutisse edastamise vahendist vastavalt järgmisele plaanile:

Üldvaade, komponendid.

Eelised.

Lisafunktsioonid.

Teabe salvestamise meetodid

Suhtlus arvuti ja muude seadmetega.

Kaart nr 1

Üldvaade, komponendid:

Põhimõtteliselt järgib digikaamera disain analoogkaamera disaini. Nende peamine erinevus seisneb valgustundlikus elemendis, millele pilt moodustatakse: analoogkaamerates on see film, digikaamerates on see maatriks. Valgus liigub läbi läätse maatriksile, kus moodustub pilt, mis seejärel salvestatakse mällu. Kaamera koosneb kahest põhiosast – korpusest ja objektiivist. Kere sisaldab maatriksit, katikut (mehaanilist või elektroonilist ja mõnikord mõlemat korraga), protsessorit ja juhtnuppe. Eemaldatav või jäik objektiiv koosneb läätsede rühmast, mis on paigutatud plastikust või metallist korpusesse.

Kaart nr 2

Eelised

Nähtavus ja tõhusus.

Digitaalselt pildistades näed tulemust kohe peale päästiku vajutamist.

Ökonoomne. Digikaamera hind langeb tavalise filmikaameraga samale tasemele. Samuti on vaja arvestada kulumaterjalide (kile, reaktiivid jne) maksumusega.

Sõltumatus, töökindlus, ladustamise lihtsus. Fotode printimisel puudub sõltuvus meistrist, pikem säilivusaeg.

Lisafunktsioonid.

Kaasaegsetel digikaameratel on sageli mitmeid lisafunktsioone, mis on nende filmikaaslastele põhimõtteliselt kättesaamatud. Nende hulgas näiteks videosalvestus, panoraamvõtterežiim või helikommentaaride salvestamine.

Lisaks võimaldavad kaameratarkvaras rakendatud spetsiaalsed pilditöötlusalgoritmid osaliselt asendada traditsioonilised fototööriistad nagu filtrid ja filmid erinevat tüüpi valgustuse jaoks.

Digitaalne töötlemine.

Tihend. Peaaegu kõik kaasaegsed digikaamerad ja printerid toetavad PictBridge-protokolli, mis tagab vahetu andmevahetuse kaamera ja prindiseadme vahel.

Kaart nr 3

Lisafunktsioonid

Kiire pildistamine. Kiire pildistamine on režiim, kus kaamera pildistab kaadreid mitte ükshaaval, nagu tavaliselt, vaid seeriatena – lootuses, et seeriast vähemalt üks kaader õnnestub.

Automaatse teravustamise (säritus, valge tasakaal, välklamp) kahvel (kahvel).

See on erirežiim, milles kaamera teeb mitu (tavaliselt 3) pilti järjest ühe või teise parameetri variatsioonidega.

Hääl kommentaarid piltidele.

Mõned kaamerad võimaldavad teil äsja jäädvustatud filmile lisada lühikesi häälkommentaare. Vaatamata kõigele näilisele pretensioonikusele on see üsna kasulik funktsioon. Näiteks saab fotograaf võõras linnas ringkäigul ära märkida, millise maamärgi ta just pildistas ja edaspidi hõlbustab see oluliselt kaadrite analüüsi.

Video. Peaaegu kõik turul olevad digikaamerad (va DSLR-id) võimaldavad teil videoid teha.

Eriefektid. Peaaegu kõigil seadmetel on lisafunktsioonina eriefektide komplekt (ehk nn filtrid). Nende hulka kuuluvad tavaliselt värviteabe (ühevärviline pilt), seepia, värviintensiivsuse suurendamine või vähendamine jne kõrvalejätmine.

Kaart nr 4

Teabe salvestamise meetodid.

a) Kaamera sisseehitatud mälu (tavaliselt väga väike, võimaldab salvestada kuni 10 fotot)

b) Välkmälu või mälukaardid

Hetkel on välkmäluvormingute hulgas kolm vaieldamatut liidrit - Secure Digital, CompactFlash ja Memory Stick.

Secure Digital on standard, mille on loonud SanDiski, Matsushita Electricu (Panasonic) ja Toshiba liit. Mooduli füüsilised mõõtmed on üsna väikesed ja ulatuvad 24x32x1,4 mm-ni, mis võimaldab seda tüüpi mälu kasutada ülikompaktsetes kaamerates. Lisaks pakub standard kaitset volitamata kopeerimise eest (mis võimaldab näiteks sellises vormingus raamatuid välja anda), samuti kaitset juhusliku ülekirjutamise eest (mälumoodulil on mehaaniline lüliti). Secure Digital on 2004. aasta seisuga turul kõige populaarsem formaat.

Turvaline digitaalne mälumoodul

SanDiski loodud CompactFlash standard pakub kahte tüüpi mooduleid (tüüp I ja tüüp II), mille paksus on erinev. Kaardi mõõtmed on vastavalt 42,8 x 36,4 x 3,3 mm ja 42,8 x 36,4 x 5 mm. CompactFlash on kõigist formaatidest kõige kompaktsem, kuid lisaks mälule toodab see tohutul hulgal erinevaid välisseadmeid taskuarvutitele: modemid, GPS-moodulid, WiFi ja Bluetooth adapterid jne. Lisaks on selles vormingus saadaval ka IBM/Hitachi Microdrive’i ja Sony Microdrive’i miniatuursed kõvakettad mahuga 2–4 ​​GB (oodatud on ka 6 GB draivi Western Digitalilt). Kompaktsete kõvaketaste ostmise otstarbekus (välkmälu hindade kokkuvarisemise valguses) on aga üsna kaheldav.

Memory Sticki vormingu autoriõigused kaitsevad Sony. Sellel vormingul on kaks peamist tüüpi korpust – Memory Stick ja Memory Stick Duo. Esimese mõõtmed on 50x21,5x2,8 mm, teise 31x20x1,6 mm. Samades vormitegurites on ka kiireid modifikatsioone, mis võimaldavad käsitleda rohkem kui 128 MB. Neid tähistab Pro indeks (vastavalt Memory Stick Pro ja Memory Stick Pro Duo).

Memory Stick Pro

Secure Digital ja CompactFlash on avatud standardid, mis ei sisalda litsentsitasusid. Memory Stick on suletud ja litsentsitud standard, mistõttu seda väljaspool Sony tooteid laialdaselt ei kasutata. Selle vormingu moodulid maksavad peaaegu kaks korda rohkem kui teised, kuna nende hind sisaldab litsentsitasusid (litsentsitasusid).

Turul on ka muud tüüpi mälu (näiteks xD standard, mille on välja töötanud mitte nii kaua aega tagasi Olympus ja Fujifilm), vananenud MMC ja SmartMedia standardid jne. Kuid need on palju vähem levinud ja me ei peatu neil üksikasjalikult.

Kaart nr.5

Liides arvuti ja printeriga

Kaamera ühendatakse arvutiga välkmälust kaadrite kopeerimiseks ja vajadusel ka kaamera tarkvara („püsivara“) värskendamiseks. Ühendus printeriga on ilmselgelt vajalik kaamerast PictBridge-protokolli kasutades otseprintimiseks.

Valdav enamus kaameraid on ühendatud arvuti või printeriga USB (Universal Serial Bus) liidese kaudu. Selleks (kaamera poolel) kasutatakse kas tavalist mini-B pistikut või mittestandardset patenteeritud pistikut. Ilmselgelt on esimene variant mõnevõrra eelistatavam, kuna “kui midagi juhtub”, saate tavalise raha eest hõlpsasti osta igast poest tavakaabli, samal ajal kui peate otsima kaubamärgiga kaablit (ja see maksab oluliselt rohkem).

Praegu on USB-standardil kaks levinud versiooni: 1.1 ja uuem 2.0. Esimene annab läbilaskevõimet 12 Mbit/s, teine ​​– 480 Mbit/s. Seega, kui kasutate piisavalt kiiret välkmälu, on eelistatav USB 2.0. Alati saab aga kaamerast mälu eemaldada ja kasutada välkmälukaartide lugemiseks välist seadet – nn kaardilugejat (mälumoodulit esitatakse FAT16/32 failisüsteemiga meediumina).

Lihtsaim pistik - RCA AV väljund - lihtsalt öeldes, "tulbid" - sobib ühendamiseks mis tahes televiisori ja videoseadmetega ning võimaldab teleriekraanil pilte vaadata.

Õpilastele antakse aega materjaliga tutvumiseks ja aruteluks 10 minutit . Seejärel peavad õpilased ettekanded, millele järgneb õpetaja esitlus.

Materjali kokkuvõtete tegemine ja tulemuste kokkuvõte
Küsimused klassile:

1. Mida uut sa tunnis õppisid?

   Kas teave oli kasulik? Mis on selle kasutamine?

   Kui peaksite valima kaamera, siis millistele parameetritele pööraksite tähelepanu?

Digikaameraga töötamise töötuba.

Märkus: Tunni ajal saate pildistada põhietappe. Tunni lõpus kandke materjalid erinevatel viisidel arvutisse.

Kodutöö: määratud rühmadesse:

1. rühm – videokaamera põhielemendid

2. rühm – digitaalsete videokaamerate eelised

Rühm 3 – seadmed info salvestamiseks videokaameras

4. rühm - teabe edastamine videokaamerast arvutisse

5. rühm – veebikaamerad

Digitehnoloogia arendamise käigus arendati välja palju erinevat tüüpi arvuteid. Paljud neist on ammu unustusehõlma vajunud, kuid teistel on olnud tugev mõju kaasaegsete arvutisüsteemide arengule. Siin anname lühiülevaate arvutusmasinate arengu mõnest etapist, et näidata, kuidas inimmõte jõudis tänapäevase arusaamani arvutitehnoloogiast.

Seadmed, mis hõlbustavad loendamist või selle tulemuste meeldejätmist, on tuntud juba pikka aega, kuid meid huvitavad ainult arvutiseadmed, mis käivitavad automaatselt neisse manustatud programme. Seetõttu ei käsitle me siin selliseid seadmeid nagu aabitsad, mehaanilised liitmismasinad ja elektroonilised kalkulaatorid.

Esimese salvestatud programmarvutusmasina ehitas prantsuse teadlane Blaise Pascal aastal 1642. See oli käsitsi juhitav ja suutis teha liitmis- ja lahutamisoperatsioone. Saksa matemaatik Gottfried Leibniz aastal 1672 ehitas ta mehaanilise masina, mis suutis sooritada ka korrutamis- ja jagamistehinguid. Esimese programmi järgi töötava masina töötas välja 1834. aastal inglise teadlane Charles Babbage. See sisaldas salvestusseadet, arvutusseadet, perfokaardi sisendseadet ja printimisseadet. Käsud loeti perfokaardilt ja andmed mälust arvutusseadmesse ning arvutuste tulemused kirjutati mällu. Kõik Babbage’i masina seadmed, sealhulgas mälu, olid mehaanilised ja sisaldasid tuhandeid hammasrattaid, mille valmistamine nõudis 19. sajandil kättesaamatut täpsust. Masin suutis realiseerida mis tahes perfokaardile kirjutatud programmi, mistõttu oli esimest korda selliste programmide kirjutamiseks vaja programmeerijat. Esimene programmeerija oli inglanna Ada Lovelace, mille järgi sai meie ajal nimeks programmeerimiskeel Ada.

20. sajandil Elektroonika hakkas arenema ja arvutiarendajad võtsid selle võimalused kohe kasutusele. Arvutite ehitamisega, mille elementide põhisüsteem oli üles ehitatud elektroonikakomponentidele, algab digiarvutite põlvkondade loendus. Pange tähele, et digitaaltehnoloogia arenguperioodi jagamine etappideks on peamiselt seotud elementide põhisüsteemi ülekandmisega uutele elektroonikakomponentide tootmise tehnoloogiatele.

Esimene põlvkond -

vaakumtorud (1945-1955)

Selle põlvkonna arvutite elementide põhisüsteem põhines vaakumtorudel. Nende kasutamine määras nii digitaalsete seadmete eelised kui ka puudused, mis andsid loogikaelementidele suure lülituskiiruse, mis suurendas arvutuste tegemise kiirust võrreldes katsetega luua arvuti, mille põhielement oli ehitatud elektromehaanilise relee baasil. . Elektrontorud olid üsna vastupidavad ja tagasid arvuti usaldusväärse töö. Kahjuks oli toruarvutitel ka palju miinuseid. Elektrontorud töötasid kümnete voltidega ja tarbisid palju energiat, lisaks olid elektrontorude mõõtmed tänapäevaste mikroelektroonika kontseptsioonide järgi tohutud - mitukümmend kuupsentimeetrit; Arvuti ehitamiseks oli vaja tuhandeid loogilisi elemente, seega oli lamparvutite suurus hõivatud pinnast kümneid ruutmeetreid ning voolutarve jäi mõnest kümnest ja isegi sadadest kilovatist. Selline võimsus viis üsna kompaktselt paigutatud lampide ülekuumenemiseni ja tekitas masina elektrooniliste komponentide tõhusa jahutamise probleemi. Infotöötluse kiirus torumasinates ulatus mitmesajast kuni mitme tuhande toiminguni sekundis.

Teine põlvkond - transistorid (1955-1965)

Pooljuhtseadmed - transistorid leiutati aastal 1948. Need erinesid elektroonilistest torudest oma väiksuse, madala toitepinge ja väikese voolutarbimise poolest. Kõik need pooljuhtseadmete eelised on elektroonikatööstuses revolutsiooniliselt muutnud. Tekkima hakkasid miniatuursed raadio- ja televisiooni saate- ja vastuvõtuseadmed, sai võimalikuks ehitada juhtimisseadmeid otse juhtimisobjektidesse jne. Transistoridel põhinevate arvutite uus elementbaas tegi pöörde ka arvutite tootmises. Suuruse, energiatarbimise ja kulude märkimisväärne vähenemine on võimaldanud luua suurema funktsionaalsusega arvutiarhitektuure ja suurendada järsult arvutite kiirust sadade tuhandete ja isegi miljonite toiminguteni sekundis. Tootlikkuse kasv saavutati nii tänu transistoride suuremale töökiirusele võrreldes vaakumtorudega kui ka mitmete paralleelselt töötavate töötlusseadmete sisestamisega arvutisse. Arvuti mahutamiseks vajalik pind on kahanenud mitme ruutmeetrini ning on püütud toota lauaarvutiversioone. Kulude vähenemine on suurendanud potentsiaalsete arvutikasutajate arvu. Ilmunud on üldotstarbelisi arvuteid tootvad suured ettevõtted: International Business Machines (IBM), Control Data Corporation (CDC) Digital Equipment Corporation (DEC) jne. Tuleb märkida, et DEC-i PDP-8 arvuti oli esimene ühise siiniga miniarvuti, millel oli suur mõju personaalarvutite arhitektuuride arengule.

Kolmas põlvkond – integraallülitused (1965-1980)

Pooljuhtelemente ja muid elektroonikakomponente tootis elektroonikatööstus üksikute elementide kujul. Seega oli pooljuhtkristall, millele transistor asetati, suletud spetsiaalsesse metallist või plastikust korpusesse. Elektroonika suuruse vähendamise nõue

seadmed viisid selleni, et algul hakati pooljuhtseadmeid tootma pakendivaba konstruktsiooniga ning seejärel 1958. aastal üritati paigutada kõik ühe funktsionaalse üksuse komponendid ühte pooljuhtkiipi. Nii tekkisid integraallülitused (IC), mis võimaldasid järsult vähendada pooljuhtahelate suurust ja vähendada energiatarbimist. Miniarvutid ehitati IC-de baasil, mis valmistati ühe racki ja välisseadmete kujul. IC-arvuti tarbitav võimsus on vähenenud sadadesse vattidesse. IC-dele ehitatud sõlmede kiiruse suurendamine on võimaldanud suurendada arvutite kiirust kümnete miljonite operatsioonideni sekundis. Elektroonikatööstus on alustanud IC-de elektrooniliste komponentide masstootmist, mis on vähendanud nende kulusid ja järsult vähendanud arvutiriistvara hinda. Kulude vähendamine on viinud võimsate paralleeltöötlust kasutavate arvutussüsteemide väljatöötamiseni ja praktilise juurutamiseni: mitme protsessoriga ja konveierarvuteid.

Neljas põlvkond – ülisuuremõõtmelised integraallülitused (alates 1980. aastast)

Elektroonikaseadmete mikrominiaturiseerimine on toonud kaasa uue tööstuse – mikroelektroonika, mis kuulub kõrgtehnoloogia valdkonda. Kasutades uusimaid teaduslikke ja tehnilisi saavutusi füüsikas, keemias, kristallograafias, materjaliteaduses ja isegi astronautikas (nullgravitatsiooni korral saate väga kõrge puhtusastmega pooljuhtkristalle), saavutasime kõigepealt sadade, seejärel tuhandete ja lõpuks miljonite transistorite ja transistorite paigutuse. teised ühel kristallil, mille mõõtmed on mitu ruutmillimeetrit elektroonilisi komponente. Nüüd ei sisaldanud pooljuhtlülitus enam mitme loogilise elemendi komplekti, millest seejärel ehitati arvuti funktsionaalsed üksused, vaid täielikult funktsionaalsed üksused ja ennekõike CPU, mida tema suurust arvestades nimetati mikroprotsessor, välisseadmete juhtseadmed - kontrollerid välisseadmed. Selliseid integraallülitusi kutsuti esmakordselt suured integraallülitused(BIS) ja seejärel ülisuuremõõtmelised integraallülitused(VLSI).

Mikroelektroonika nii kiire arengu tulemuseks oli ühe tahvliarvutite tekkimine, kus ühele, mitmekümne ruutsentimeetri suurusele plaadile paigutati mitu VLSI-ahelat, mis sisaldasid kõiki arvuti funktsionaalplokke. Info kiireks töötlemiseks ja juhtimiseks olid erinevatesse tööstus-, meditsiini- ja majapidamisseadmetesse sisse ehitatud ühe pardaarvutid. Ühe tahvliga arvutite hind on nii palju langenud, et inglise insenerid kasutasid seda võimalust Steve Jobe Ja Steve Wozniak. Kasutades tööstuslikult toodetud funktsionaalüksusi: protsessori ja mäluga mikroarvutiplaati, klaviatuuri, ekraani, panid nad kokku odava lauaarvuti - mikroarvuti. Selle atraktiivsus mitteprofessionaalsete kasutajate jaoks oli see, et see oli kasutusvalmis seade, mis sisaldab kogu töö tegemiseks vajalikku riist- ja tarkvara. Seda mikroarvutit nimetatakse Arr!e ja sai maailmas esimeseks personaalarvuti.

Arvutiturul laialt levinud personaalarvutid hakkasid huvitama võimsaid arvutussüsteeme tootva suure ettevõtte vastu - 1VM, ja otsustas alustada oma personaalarvuti mudeli tootmist. Koos ettevõttega Intel, kes töötas välja mikroprotsessorikomplekti, ja Microsoft, kes varustas arvuti operatsioonisüsteemiga MS DOS, IBM lõi personaalarvuti IBM RS. IBMi märkimisväärne potentsiaal võimaldas lühikese ajaga toota tohutul hulgal selliseid arvuteid. Nende ostjate jaoks atraktiivne hind ja mõned uuendused, näiteks suurem RAM-i hulk võrreldes tollal teiste firmade toodetud personaalarvutitega, võimaldasid IBM PC arvutil saada maailma populaarseimaks “personaalarvutiks”.

2.6. Arvutisüsteemide arhitektuurid kontsentreeritud infotöötluseks

Kaasaegne arvuti koosneb mitmest funktsionaalüksusest: protsessorist, mälust, seadmete kontrolleritest jne. Iga sõlm on keeruline elektrooniline seade, mis võib sisaldada miljoneid loogilisi elemente. Iga sõlme ja arvuti kui terviku tööpõhimõtte paremaks mõistmiseks tutvustatakse arvuti esitustasemete mõistet.

Digiloogika tase - elementide põhisüsteemi loogiliste ahelate tase.

Mikroarhitektuurne tase- infotöötluse organiseerituse tase funktsionaalse üksuse sees. See hõlmab erinevatel eesmärkidel kasutatavaid registreid, seadet sissetulevate käskude töötlemiseks, andmete teisendusseadet ja juhtimisseadet.

Käsu tase- funktsionaalsete üksuste ja nendevaheliste ühenduste kogum, seadmete vahel edastatavate käskude ja andmete süsteem.

Nimetatakse iga taseme plokkide komplekt, nendevahelised ühendused, andmetüübid ja operatsioonid tasemel arhitektuur.

Käsutaseme arhitektuuri nimetatakse tavaliselt arvutiarhitektuuriks või arvutikorralduseks. Selles jaotises vaatleme erinevaid arvutiarhitektuure. Teiste kihtide arhitektuuri käsitletakse järgmistes osades.

2.6.1. Fikseeritud seadmete arhitektuurid

Kontsentreeritud töötlusega arvutid Need on arvutussüsteemid, milles üks või mitu töötlusseadet (protsessorit) paiknevad kompaktselt ja kasutavad teabe vahetamiseks sisemisi andmesiine. Esimese ja teise põlvkonna arvutitel oli suletud arhitektuur ja piiratud hulk väliseid seadmeid. Selline arhitektuur on tüüpiline arvutitele, mille loogiliste elementide põhisüsteem on üles ehitatud diskreetsetele elektroonikakomponentidele (elektrontorud, transistorid). Mis tahes täiendava funktsionaalploki kasutuselevõtt sellistesse arhitektuuridesse oli seotud energiatarbimise suurenemisega, hõivatud alaga ja kogu süsteemi maksumuse järsu kasvuga. Seetõttu ei olnud selle arhitektuuri järgi valmistatud arvutil võimalust ühendada täiendavaid seadmeid, mida arendaja ei pakunud.

Sellise arvutiarhitektuuri suurendatud skeem on näidatud joonisel fig. 2.9. RAM salvestab käivitatavate programmide käsud ja andmed. Sisend-/väljundkanal on spetsiaalne seade, mis töötab juhtseadme väljastatud käskudel. Kanal võimaldab ühendada teatud arvu väliseid seadmeid. Juhtseade tagab programmikäskude täitmise ja juhib kõiki süsteemisõlmi.

Riis. 2.9. Suletud arvuti arhitektuur

Sellise arhitektuuriga arvutid on tõhusad puhtalt arvutuslike probleemide lahendamisel. Need sobivad halvasti arvutitehnoloogiate juurutamiseks, mis nõuavad täiendavate välisseadmete ühendamist ja nendega kiiret teabevahetust.

6.2. Avatud arhitektuuriga arvutisüsteemid

70ndate alguses. detsembriks (Digital Equipment Corporation) pakuti välja hoopis teistsuguse arhitektuuriga arvuti. Selline arhitektuur võimaldas vabalt ühendada mis tahes välisseadmeid, mis huvitas koheselt erinevate tehniliste süsteemide juhtimissüsteemide arendajaid, kuna võimaldas tasuta ühendada arvutiga mis tahes arvu andureid ja täiturmehhanisme. Peamine uuendus oli kõigi seadmete ühendamine, olenemata nende otstarbest ühine buss teabe edastamine. Seadmed ühendati bussiga vastavalt bussi standard. Siinistandard oli vabalt levitatav dokument, mis võimaldas välisseadmete tootjatel arendada kontrollereid oma seadmete ühendamiseks erinevate standardite siinidega. Avatud tüüpi arvutiarhitektuur, mis põhineb ühise siini kasutamisel, on näidatud joonisel fig. 2.10. Kõigi üldine juhtimine

Digitehnoloogia arendamise käigus arendati välja palju erinevat tüüpi arvuteid. Paljud neist on juba ammu unustusehõlma vajunud, kuid mõnel oli tugev mõju kaasaegsete arvutisüsteemide arengule. Siin anname lühiülevaate arvutusmasinate arengu mõnest etapist, et näidata, kuidas inimmõte jõudis tänapäevase arusaamani arvutitehnoloogiast.

Seadmed, mis hõlbustavad loendamist või selle tulemuste meeldejätmist, on tuntud juba pikka aega, kuid meid huvitavad ainult arvutusseadmed, mis käivitavad automaatselt neisse manustatud programme, seega ei võta me arvesse selliseid seadmeid nagu aabitsad, mehaanilised lisamismasinad ja elektroonikaseadmed. kalkulaatorid.

Esimese salvestatud programmarvutusmasina ehitas prantsuse teadlane Blaise Pascal aastal 1642. See oli käsitsi juhitav ja suutis teha liitmise ja lahutamise toiminguid. Saksa matemaatik Gottfried Leibniz aastal 1672 ehitas ta mehaanilise masina, mis suutis sooritada ka korrutamis- ja jagamistehinguid. Esimese programmi järgi töötava masina töötas välja 1834. aastal inglise teadlane Charles Babbage. See sisaldas salvestusseadet, arvutusseadet, perfokaardi sisendseadet ja printimisseadet. Käsud loeti perfokaardilt ja andmed mälust arvutusseadmesse ning arvutuste tulemused kirjutati mällu. Kõik Babbage’i masina seadmed, sealhulgas mälu, olid mehaanilised ja sisaldasid tuhandeid hammasrattaid, mille valmistamine nõudis 19. sajandil kättesaamatut täpsust. Masin suutis realiseerida mis tahes perfokaardile kirjutatud programmi, mistõttu oli esimest korda selliste programmide kirjutamiseks vaja programmeerijat. Esimene programmeerija oli inglanna Ada Lovelace, mille järgi nimetati programmeerimiskeel Ada juba meie ajal.

20. sajandil hakkas elektroonika arenema ja selle võimalused võtsid arvutiarendajad kohe omaks. Arvutite ehitamisega, mille elementide põhisüsteem oli üles ehitatud elektroonikakomponentidele, algab digiarvutite põlvkondade loendus. Märkigem, et digitehnoloogia arenguperioodi etappideks jagamine on seotud peamiselt elementide põhisüsteemi üleminekuga uutele elektroonikakomponentide tootmise tehnoloogiatele.

Esimene põlvkond - vaakumtorud (1945-1955)

Selle põlvkonna arvutite elementide põhisüsteem põhines vaakumtorudel. Nende kasutamine määras nii digitaalseadmete eelised kui ka puudused. Vaakumtorud võimaldasid loogiliste elementide kiiret ümberlülitamist, mis suurendas arvutuskiirust võrreldes katsetega luua arvuti, mille põhielement oli ehitatud elektromehaanilise relee baasil. Elektrontorud olid üsna vastupidavad ja tagasid arvuti usaldusväärse töö. Kahjuks oli toruarvutitel ka palju miinuseid. Esiteks töötasid vaakumtorud kümnete voltide pingega ja tarbisid palju energiat, lisaks olid vaakumtorude mõõtmed tänapäevaste mikroelektroonika kontseptsioonide järgi tohutud - mitukümmend kuupsentimeetrit. Arvuti ehitamiseks oli vaja tuhandeid loogilisi elemente, seega oli lamparvutite suurus hõivatud pinnast kümneid ruutmeetreid ning voolutarve jäi mõnest kümnest ja isegi sadadest kilovatist. Selline võimsus viis üsna kompaktselt paigutatud lampide ülekuumenemiseni ja tekitas masina elektrooniliste komponentide tõhusa jahutamise probleemi. Infotöötluse kiirus torumasinates ulatus mitmesajast kuni mitme tuhande toiminguni sekundis.