Высшее профессиональное образование основы геоинформатики вдвух книгах
Вид материала | Книга |
Содержание37 Второй класс — «Все-в-одном». Персональные компьютеры (ПК) Рабочие станции. Системные блоки. 41 Материнские (системные) платы. Характеристика основных процессов |
- 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.
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 внешними 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 чипсетов 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 __ |