Высшее профессиональное образование основы геоинформатики вдвух книгах

Вид материала

Книга

Содержание 37 Второй класс — «Все-в-одном». Персональные компьютеры (ПК) Рабочие станции. Системные блоки. 41 Материнские (системные) платы. Характеристика основных процессов

Подобный материал:

• Должностная инструкция менеджера по персоналу 00. 00. 0000, 61.54kb.
• Наименование реализуемых программ, 40.13kb.
• Учебное пособие практикум по конкурентным стратегиям, слияниям и поглощениям Кафедра, 1849.76kb.
• Утверждено ученым советом дгу 26 января 2012 г., протокол, 78.34kb.
• Программа вступительных испытаний по литературе на экзамене по литературе поступающий, 270.11kb.
• Апк агропромышленный комплекс; впо высшее профессиональное образование; гоу государственное, 760.98kb.
• Высшее экономическое образование за 3 года 4 месяца для лиц, имеющих среднее и высшее, 28.87kb.
• Учебно-тематический план для подготовки по специальности «Оператор ЭВМ с основами делопроизводства, 140.91kb.
• Учебно-тематический план для подготовки по специальности «Оператор ЭВМ с основами арм, 121.8kb.
• «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами», 30.45kb.

Первый класс — «Замена настольным ПК». Для компьютеров этого класса характерно наличие всего, что есть у хорошего ПК. Они имеют быстрые процессоры с кэш-памятью первого и вто­рого уровня, большие экраны (до 15 дюймов), большие жесткие диски (40 — 60 Гб), большую оперативную память (128 — 512 Мб), множество отсеков для периферийных устройств (CD или DVD привод, модем, сетевая карта). Эти компьютеры оснащены пол­норазмерной клавиатурой и удобным устройством позициониро­вания, но допускают и подключение привычной мыши. Кроме того, они позволяют подключить хороший внешний монитор с разрешением до 1600x1200 при 64 млн цветов, в них встроена зву­ковая карта и колонки. Такие компьютеры имеют существенные возможности для подключения различных внешних устройств че­рез многочисленные порты (USB, последовательный, параллель­ный, инфракрасный, TV out порт и др.)

Эти компьютеры имеют значительные (для портативных уст­ройств) размеры (33 х 27 х 56 см) и массу около 4 кг.

Многие пользователи используют ноутбуки высокого класса вместо настольных ПК. И хотя размеры и масса этих машин вели­коваты для мобильных устройств, обеспечивающих связь из лю­бого места, они будут хорошим решением для специалистов, ко­торые работают в офисе и желают иметь одну машину с вычислительной мощностью настольного ПК, при необходимос­ти пригодную для транспортировки.

37

Второй класс — «Все-в-одном». Компьютеры этого класса име­ют несколько меньшие размеры и возможности, а следователь­но, и более скромную цену. У них довольно большие экраны (13—14 дюймов), относительно мощные процессоры (обычно Pentium 4 или Celeron около 2 ГГц), значительный объем опера­тивной памяти (128—256 Мб) и жестких дисков (40 — 60 Гб), CD- или DVD-ROM.

Масса и размер таких компьютеров остаются довольно боль­шими (масса более 3 кг, толщина около 40 мм). Можно сказать, что они имеют удачное сочетание функциональных характерис­тик, доступной цены, мобильности и производительности.

Третий класс — тонкие и легкие ноутбуки (субноутбуки). Лег­кие модели с малой толщиной корпуса предназначены специаль­но для часто выезжающих в командировки. Ноутбуки данного клас­са, как правило, имеют массу от 1,4 до 2,3 кг вместе с батареей и толщину всего от 25 до 38 мм. Но при наличии тонкого корпуса эти машины имеют очень хорошие характеристики. Они обычно оснащаются мощными процессорами и жесткими дисками боль­шой емкости, имеют многочисленные порты, встроенные моде­мы и иногда встроенные адаптеры Ethernet. Обычно для таких ма­шин жесткий диск — единственный встроенный накопитель, в то время как накопители гибких дисков, CD-ROM и DVD являются внешними устройствами.

Четвертый класс — мини-ноутбуки. В отличие от КПК мини-ноутбуки работают с Windows и стандартными настольными про­граммами, а не с их облегченными версиями. Обычно они осна­щаются встроенным модемом, обеспечивающим удобную связь. Как и в предыдущем классе, единственным встроенным накопи­телем является жесткий диск. Несомненным их достоинством яв­ляются небольшая стоимость и габариты. Обычно масса таких ком­пьютеров не превышает 1,5 кг.

Машины этого класса достойны внимания пользователей, ко­торым для работы с текстами и электронной почтой нужен отно­сительно недорогой ПК массой менее 1,5 кг, умещающийся в портфеле.

Персональные компьютеры (ПК) появились в результате эво­люции мини-компьютеров при переходе на использование в эле­ментной базе больших и сверхбольших интегральных схем. ПК благодаря своей низкой стоимости очень быстро завоевали веду­щие позиции на компьютерном рынке. Расширение рынка созда­ло предпосылки для разработки новых программных средств, ори­ентированных на конечного пользователя. Для персональных компьютеров разработано огромное количество разнообразных про­грамм, в том числе имеющих отношение к обработке простран­ственной информации, среди которых ГИС-оболочки, програм­мы обработки геодезических измерений и данных дистанционного

38

зондирования, векторизаторы, системы для реализации ГИС в Интернет, модули-приложения для различных видов моделиро­вания и анализа и др.

5 августа 2001 г. исполнилось 20 лет с момента появления пер­вого персонального компьютера. В 1980 г. группа из 12 инженеров IBM была направлена в исследовательский центр при заводе ком­пании в штате Флорида и получила задание разработать персо­нальную машину в рамках проекта Chess. Через год был выпущен компьютер IBM 5150 PC. Он базировался на процессоре с такто­вой частотой 4,77 МГц, имел 16 Кб оперативной памяти и 5,25" флоппи-диск емкостью 160 Кб. Жесткого диска не было. Компью­тер работал цод управлением операционной системы Microsoft DOS. Стоимость новой ЭВМ была 000 долл. За первые 5 лет толь­ко IBM поставила на рынок более 1 млн ПК.

В дальнейшем первоначально гибкий и односторонний диск увеличивался со скоростью 80 % в год и превратился в жесткий диск с наиболее распространенным в настоящее время объемом памяти 40 Гб (при наличии на рынке дисков емкостью до 160 Гб и более). Оперативная память увеличивалась более чем на 45 % в год: от 64 Кб до 128 — 256 Мб. Тактовая частота возросла от 4,77 МГц для первого ПК чипа 8088 до 2,2 ГГц для современных сис­тем, выпущенных в начале 2002 г.

В 2000 г. было выпущено 140 млн ПК. В середине 2001 г. в мире использовалось 500 млн ПК, а к началу 2002 г. года эта цифра достигла 640 млн.

Рабочие станции. Миникомпьютеры стали прародителями и другого направления развития современных систем — рабочих стан­ций. Создание RISC-процессоров и микросхем памяти емкостью более 1 Мбит способствовало появлению настольных систем вы­сокой производительности.

Первоначальная ориентация рабочих станций на профессиональ­ных пользователей (в отличие от ПК, которые были предназначе­ны для самого широкого круга потребителей-непрофессионалов) привела к тому, что рабочие станции — это хорошо сбалансиро­ванные системы, в которых высокое быстродействие сочетается с большим объемом оперативной и внешней памяти, высокопроиз­водительными внутренними магистралями, высококачественной и быстродействующей графической подсистемой и разнообразными Устройствами ввода/вывода. Рабочие станции первоначально рабо­тали с операционными системами UNIX, которые обеспечивали надежную и устойчивую работу, разделение ресурсов и т.д. Это свойство характерно для рабочих станций среднего и высокого класса и сегодня. Тем не менее быстрый рост производительности ПК на базе новейших микропроцессоров, прежде всего фирм Intel и AMD, ^{в с}°четании с резким снижением цен на эти изделия и развитием технологии локальных шин, позволяющей устранить многие «уз-

39

кие места» в архитектуре ПК, делают современные персональные компьютеры весьма значимой альтернативой рабочим станциям. В свою очередь, производители рабочих станций создали изделия так называемого «начального уровня», которые по стоимостным ха­рактеристикам близки к высокопроизводительным ПК, но все еще сохраняют лидерство по производительности и возможностям на­ращивания. Следует отметить, что появилось понятие «персональ­ная рабочая станция», которое объединяет оба направления.

Сегодняшние PC-рабочие станции — это весьма производи­тельные персональные компьютеры на старших моделях Pentium, Pentium Pro или AMD с ОС Windows NT, OS/2 или Linux.

Таким образом, в настоящее время не следует противопоставлять рабочие станции на RISC-процессорах с UNIX и персональные ком­пьютеры на процессорах х86 под управлением Windows, поскольку, с одной стороны, появились Windows-NT станции, UNIX-станции и Linux-станции, а с другой стороны, при создании рабочих стан­ций в настоящее время используются как RISC-процессоры, так и процессоры х86. Более того, в последнее время многие компании, производившие рабочие станции на RISC-процессорах, переходят на процессоры х86, а выпуск RISC-процессоров сокращается.

Серверы — прикладные многопользовательские системы, вклю­чающие системы управления базами данных, крупные издатель­ские системы, сетевые приложения и системы обслуживания ком­муникаций, разработку комплексных проектов и обработку изображений все чаще реализуют в модели вычислений «клиент-сервер». В распределенной модели «клиент — сервер» часть работы выполняет сервер, а часть — пользовательский компьютер. Суще­ствует несколько типов серверов, ориентированных на разные при­менения: файл-сервер, сервер базы данных, принт-сервер, вы­числительный сервер, сервер приложений. Таким образом, тип сервера определяется видом ресурса, которым он владеет (файло­вая система, база данных, принтеры, процессоры или приклад­ные пакеты программ).

Существует классификация серверов, определяемая масшта­бом сети, в которой они используются: сервер рабочей группы, сервер отдела или сервер масштаба предприятия (корпоративный сервер). Эта классификация весьма условна. В зависимости от чис­ла пользователей и характера решаемых ими задач требования к составу оборудования и программного обеспечения сервера, к его надежности и производительности сильно варьируются.

Файловые серверы небольших рабочих групп (не более 20 — 30 человек) проще всего реализуются на платформе персональных ком­пьютеров. Файл-сервер в данном случае выполняет роль центрально­го хранилища данных. Современные суперсерверы характеризуются:

• наличием двух или более центральных процессоров RISC, Pentium либо AMD;

40

• многоуровневой шинной архитектурой, в которой высоко­
  скоростная системная шина связывает между собой несколько
  процессоров и оперативную память, а также множество стандар­
  тных шин ввода/вывода, размещенных в том же корпусе;
  
• поддержкой технологии дисковых массивов RAID;
  
• поддержкой режима симметричной многопроцессорной об­
  работки, которая позволяет распределять задания по нескольким
  центральным процессорам, или режима асимметричной много­
  процессорной обработки, допускающей выделение процессоров
  для выполнения конкретных задач;
  
• возможностью горячей замены отдельных элементов: блоков
  питания, жестких дисков, модулей оперативной памяти.
  

Как правило, суперсерверы работают под управлением опера­ционных систем UNIX, а в последнее время Windows NT или Linux, которые обеспечивают многопроцессорную и многозадач­ную обработку.

Наибольшее распространение в области геоинформатики в на­стоящее время имеют персональные компьютеры.

Устройство персонального компьютера. Что же представляет собой современный персональный компьютер? В настоящее вре­мя это системный блок, клавиатура, монитор, манипулятор типа мышь и различные периферийные устройства, которые подсое­диняются к компьютеру для расширения его возможностей в ос­новном по вводу и выводу различной информации. Базовые тех­нические средства ПК в целом определяются основными структурными компонентами: материнской, или системной, пла­той, процессором, оперативной памятью, видеосистемой, сис­темным интерфейсом.

Системные блоки. Системный блок ПК содержит:

• материнскую (системную) плату, через разъемы которой со­
  единяются в единое целое все части ПК;
  
• центральный микропроцессор — основное вычислительное
  устройство любого персонального компьютера, ответственное за
  процессы управления и вычисления, которые компьютер выпол­
  няет как система;
  
• оперативную память (ОП), в которой располагаются програм-
  ^мы, выполняемые компьютером (в момент их работы), и исполь­
  зуемые данные. От размеров ОП существенно зависит скорость
  Работы ПК;
  
• электронные схемы (контроллеры), управляющие работой
  Различных устройств, входящих в компьютер (монитора, накопи­
  телей на магнитных и оптических дисках и т.п.);
  
• порты ввода-вывода, через которые ПК обменивается данными
  ^{с в}нешними устройствами (принтеры, плоттеры, сканеры и т.п.);
  
• блок питания, который обеспечивает нужным уровнем элек­
  тропитания отдельные блоки компьютера.
  

41

Материнские (системные) платы. Практически все устройства современного компьютера подключаются к системной плате. Ис­ключения составляют обычно лишь монитор, который соединяет­ся с видеоадаптером, и SCSI-устройства со своими контроллерами. Следует отметить, что, во-первых, видеоадаптер, SCSI-адаптер подключаются опять-таки к системной плате, а во-вторых, любое из этих устройств может быть встроено в системную плату так же, как интерфейс дисковых накопителей (несколько лет назад и он представлял собой отдельное устройство).

Системная плата является своеобразным мостиком между двумя устройствами, составляющими основу ПК: процессором и опера­тивной памятью. Системная плата управляет регенерацией памяти, задает режимы функционирования центрального процессора, фор­мирует необходимые для их работы напряжения и частоты.

Большая часть устройств системной платы помещена в одну или несколько больших микросхем, называемых набором микро­схем (или чипсетом), который в значительной степени и опреде­ляет характеристики системной платы. От него во многом зависят как скорость работы ПК, так и его возможности.

Название «набор микросхем» появилось во времена первых IBM PC, XT и их клонов. Тогда это был действительно набор, причем состоящий из большого числа отдельных микросхем. Было время, когда использовалось чуть ли не полсотни таких микросхем. Затем за счет все большей интеграции электронных компонентов их число значительно сократилось. Первым компьютерам на базе процес­сора i486 и его аналогов требовалось до семи микросхем набора. Первым PC на базе Pentium и Pentium Pro необходимо было всего три микросхемы. Стоит отметить, что эти три микросхемы выпол­няли больше функций, чем несколько десятков в первых ПК. Сле­дует вспомнить, что контроллеры дисководов и портов ввода в первых PC размещались на платах расширения.

Казалось, что от трех микросхем будет осуществлен переход к одной, однако этого не произошло. Последние чипсеты для i486 состояли из двух микросхем, подавляющее большинство чипсе­тов для Pentium тоже состоят из двух. Оказалось, что двухчиповая конструкция более удобна для производителей. На одну микро­схему (North Bridge) при этом возлагаются функции работы с памятью, поддержку шин AGP и PCI и др. Вторая микросхема (South Bridge) содержит в себе контроллер EIDE, мост PCI-ISA и устройства, подсоединяемые к шине ISA.

Фирма SiS перенесла дисковый контроллер в северный мост, т. е. создала набор микросхем, состоящий лишь из одной микросхемы.

Есть варианты возвратного движения. Так, например, чипсет от Intel 1810 состоит из трех микросхем. Его архитектура суще­ственным образом отличается от классической (North Bridge/South Bridge).

42

фирм, производящих материнские платы, очень много, осо­бенно в Юго-Восточной Азии (не меньше сотни). Производителей _{е ч}ипсетов совсем немного. Наиболее известные — Intel и VIA Technologies, AMD, SiS, Acer Labs (ALi).

Микропроцессоры — это самая большая микросхема, установ­ленная на системной плате (несмотря на приставку «микро»). Как правило, процессор закрыт радиатором с вентилятором. В старых системных платах он нередко припаивался к плате, а в современ­ных ПК вставляется в специальное гнездо.

Для процессора Pentium и его аналогов гнездо имеет форму пря­моугольника с несколькими радами отверстий по периметру. Сбо­ку от гнезда имеется специальный рычажок: при поднятом рычаж­ке процессор вынимается и вставляется без усилия, а при опущен­ном — фиксируется в гнезде. Процессору Pentium Pro требуется гнездо Socket 8, несколько отличающееся размерами и расположе­нием выводов, a Pentium II — Slot 1, напоминающий разъем для плат расширения. Только с 1993 г. в основном по инициативе фир­мы Intel были выпущены процессоры, требующие различных разъе­мов (Socket 4, Socket 7, Socket 8, Slot 1, Super 7, Socket 370, Slot 2, Socket 603, Socket 423, Socket 478, Socket A, Slot M). Однако нали­чие разъема необходимого вида недостаточно, чтобы гарантиро­вать совместимость материнской платы и процессора. Нужна также и настройка платы на ту тактовую частоту, на которой работает процессор. Для настройки тактовой частоты необходимо устано­вить перемычками или другим способом два параметра на систем­ной плате: тактовую частоту шины материнской платы и множи­тель для задания кратности тактовой частоты.

Микропроцессор является цифровым обрабатывающим устрой­ством, мозгом компьютера. Он выполняет команды программ и управляет ресурсами системы. Основные фирмы-производители ПК преимущественно используют семейства микропроцессоров, обеспечивающих совместимость всех версий между собой.

В нашей стране широко известно семейство ПК на базе микро­процессоров Intel Pentium, Pentium Pro, Pentium MMX, Pentium III, Pentium 4 и совместимых с ними процессоров фирмы AMD.

В 1965 г. Гордон Мур сформулировал гипотезу, названную впос­ледствии законом Мура, о том, что каждые 18 месяцев число тран­зисторов в расчете на одну интегральную схему будет удваиваться.

Для таких прогнозов есть все основания. Постоянно совершен­ствуется технология выпуска процессоров. В апреле 2001 г. корпо­рация Intel заявила о создании 300-миллиметровой кремниевой ^пОДложки (ранее применялись пластины диаметром 200 мм) с толщиной медных проводников 0,13 мкм. По данным специали­стов Intel, это позволит увеличить число микросхем на одной пластине на 240%, снизить себестоимость в расчете на одну ^Микросхему на 30 %, а трудозатраты — на 50 %.

43

Быстродействие компьютера во многом определяется частотой используемого микропроцессора, но на быстродействие процессо­ра влияют также ширина шины адреса и шины данных, величина кэш-памяти, наличие встроенного сопроцессора, компактность размещения элементов и т.д. Производительность процессоров оп­ределяется специальными тестами. В табл. 8.2 приведены показатели двух тестов для основных процессоров, используемых в ПК, рабо­чих станциях и серверах в 2001 — 2002 гг.

Производительность современных микропроцессоров (пико­вое/базовое значение) (COMPUTERWORLD, Россия, 19 фев­раля 2002 г., с. 29).

За время, прошедшее с перехода на процессоры пятого поко­ления, было выпущено довольно много процессоров, используе­мых в персональных компьютерах, рабочих станциях, серверах и мобильных устройствах. Информация о некоторых из них приве­дена по материалам А.Коха «История процессоров Intel»: http// www.historv-of-cpu.euro.ru/historv/intel historv.html.

Pentium — первый суперскалярный процессор Intel. Суперска-лярность означает, что процессор имеет более одного вычисли­тельного конвеера. У Pentium их два, что позволяет ему при оди­наковых частотах быть вдвое производительней, выполняя сразу две инструкции за такт. Были выпущены следующие модели:

Pentium P5.

Март 1993 г., тактовая частота 60 и 66 МГц, 3,1 млн транзис­торов, технологический процесс 0,8 мкм; 112 млн операций в секунду.

Pentium P54C.

Март 1994 г., тактовая частота 75 МГц, 3,2 млн транзисторов, технологический процесс 0,6 мкм; 126 млн операций в секунду.

Тактовая частота 90 и 100 МГц, 150— 166 млн операций в се­кунду; технологический процесс 0,6 мкм; 3,2 млн транзисторов.

Таблица 8.2

Характеристика основных процессов

М икропроцессор	Частота, ГГц	SPECINT2000	SPECFP2000
IBM Power44	1Д	814/790	1169/1098
Compaq Alpha21264	1,0	679/621	960/776
Sun UltraSPARC III	1,05	610/537	827/701
Intel Pentium IV	2,0	659/636	734/715
Intel/HP Itanium	0,8	365/358	715/715 _
AMD Athlon XP1900+	1,6	701/677	634/588
HP PA8700	0,75	604/568	581/526
SGI R14000	0,5	427/410	463/436 __