Презентация на тему "Информационные процессы. Архитектура ЭВМ" (10 класс)

• 1 слайд

  Презентация подготовлена учителем информатики
  МОУ «СОШ с. Багаевка Саратовского района Саратовской области имени Героя Советского Союза Н. В. Котлова»
  
  Кузнецовой
  Еленой Владимировной
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  Информационные процессы в компьютере. Архитектура вычислительных систем.
  14.06.2022
  

• 2 слайд

  Историю развития ЭВМ принято делить на поколения
  Переход от одного поколения к другому связан со сменой элементной базы, на которой создавались машины, с изменением архитектуры ЭВМ, с развитием основных технических характеристик (скорости вычислений, объёма памяти и др.), с изменением области применения и способов эксплуатации машин.
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 3 слайд

  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 4 слайд

  В основе архитектуры ЭВМ разных поколений лежат принципы Джона фон Неймана.
  Под архитектурой ЭВМ понимаются наиболее общие принципы построения компьютера, реализующие программное управление его работой и взаимодействие основных функциональных узлов.
  
  Венгеро-американский математик еврейского происхождения, сделавший важный вклад в квантовую физику, квантовую логику, функциональный анализ, теорию множеств, информатику, экономику и другие отрасли науки. (Википедия)
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 5 слайд

  Однопроцессорная архитектура ЭВМ
  Элементная база ЭВМ I поколения – электронные лампы, II поколения – полупроводниковые элементы. Их архитектура схожа и в большей степени соответствовала принципам фон Неймана. Один процессор управлял работой всех устройств.
  
  
  
  
  
  
  
  
  Согласно принципам фон Неймана, исполняемая программа хранится во внутренней памяти – в ОЗУ. Там же находятся данные, с которыми работает программа. Каждая команда программы и каждая величина занимают определенные ячейки памяти.
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 6 слайд

  При однопроцессорной архитектуре ЭВМ, процессор отдав команду внешнему устройству, ожидает завершения её выполнения. При большом числе обращений к внешним устройствам может оказаться, что большую часть времени выполнения программы процессор «простаивает» и, следовательно его КПД оказывается низким. Быстродействие ЭВМ с такой архитектурой находилось в пределах 10-20 тысяч операций в секунду (оп./с).
  
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 7 слайд

  Использование периферийных процессов
  Следующий шаг в развитии архитектуры ЭВМ – отказ от однопроцессорного устройства. На последних моделях машин II поколения, помимо центрального процессора (ЦП), выполнявшего обработку данных, присутствовали периферийные процессоры, которые назывались каналами ввода/вывода. Их задача – в автономном управлении устройствами ввода/вывода и внешней памяти, что освобождало от этой работы центральный процессор. В результате КПД ЦП возрос. Быстродействие некоторых моделей с такой архитектурой составляло от 1 до 3 млн. оп./с.
  
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 8 слайд

  На всех моделях ЭВМ III поколения, которые создавались на базе интегральных схем (1970-80г.г), использовалась архитектура с одним ЦП и периферийными процессорами внешних устройств.
  Благодаря совершенствованию элементной базы и др. аппаратных средств на некоторых моделях III поколения достигалось быстродействие до 10 млн. оп./с
  Такая многопроцессорная архитектура позволяла реализовать мультипрограммный режим работы: пока одна программа занята вводом/вывода данных, которым управляет периферийный процессор, другая программа занимает центральный процессор, выполняет вычисления.
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 9 слайд

  Архитектура ПК
  Для связи между отдельными функциональными узлами ПК используется общая информационная магистраль – системная шина, которая состоит из 3-х частей:
  -Шина данных (для передачи данных);
  -Шина адреса (для передачи адресов устройств);
  - Шина управления (для передачи управляющих сигналов, синхронизирующих работу разных устройств).
  Важное достоинство такой архитектуры – возможность подключения к компьютеру новых устройств или замена старых устройств на более современные. Это называется принципом открытой архитектуры.
  
  
  
  
  
  
  
  
  Для каждого типа и модели устройств используется свой контроллер, а в составе ОС имеется управляющая программа (драйвер устройства)
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 10 слайд

  В 2005 г. был создан первый двухядерный микропроцессор.
  Каждое ядро способно выполнять функции центрального процессора.
  Эта особенность архитектуры позволяет производить на ПК параллельную обработку данных, что существенно увеличивает его производительность.
  Выпускаемые в настоящее время микропроцессоры содержат до 8 ядер.
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 11 слайд

  Архитектура ненеймановских вычислительных систем
  В процессе развития происходят некоторые отклонения от фон-неймановской архитектуры.
  Несмотря на нарастающую производительность ЭВМ, которые каждые 4-5 лет по важнейшим показателям практически удваивается, всегда есть классы задач, для которых никакой производительности не хватает.
  Математические расчёты, лежащие в основе реализации математических моделей многих процессов. Гигантские вычислительные ресурсы, которые нужно реализовать очень быстро, необходимы для более надежного и долгосрочного прогноза погоды, для решения аэрокосмических задач, для решения инженерных задач.
  Поиск информации в гигантских БД.
  Моделирование интеллекта – при всех фантастических показателях, объем оперативной памяти современных компьютеров составляет лишь малую долю объема памяти человека.
  
  Быстродействие компьютера с одним ЦП имеет физическое ограничение: повышение тактовой частоты процессора ведет к повышению тепловыделения, которое не может быть неограниченным.
  
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 12 слайд

  Зачем компьютеру несколько процессоров?
  Есть массив из 100 чисел: а1, а2,…., а100. Найти их сумму S.
  
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 13 слайд

  Решаем задачу не в одиночку, а всем классов.
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 14 слайд

  Что надо изменить в устройстве компьютера, чтобы он смог так работать?
  Для реализации подобной схемы вычислений компьютеру потребуется 25 процессоров, объединенных в одну архитектуру и способных работать параллельно.
  Такие многопроцессорные вычислительные комплексы – реальность сегодняшнего времени.
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 15 слайд

  Представим, что в схеме мы дорисовали ещё 24 ЦП, соединенных шиной. В этом случае при реализации команды 3 произойдет одновременное обращение 25 процессоров к центральной шине для пересылки результатов сложения в оперативную память. На шина одна, числа в ней могут передаваться по одному, значит будет очередь на передачу чисел в память.
  Вопросы:
  Не сведет ли к нулю эта очередь все преимущества от параллельности выполнения операций в шаге 2?
  Если преимущества останутся, то насколько они велики?
  Окупятся ли расход на 24 дополнительных процессора?
  Возникает мысль: ввод в архитектуру нескольких системных шин, а может и нескольких устройств оперативной памяти.
  Обсуждаемые изменения приводят к «ненеймановской» архитектурам.
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 16 слайд

  Ведущий принцип ненеймановских вычислительных систем:
  Отказ от последовательного выполнения операций.
  Техническое решение: мультипроцессорные системы – суперкомпьютеры: мультикомпьютерные системы (кластеры).
  
  Программное решение: параллельное программирование - выделение в программе нескольких одновременно выполняемых действий (распараллеливание).
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  

• 17 слайд

  Задания для самостоятельной работы к следующему уроку (на выбор учащихся)
  Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса/И. Г. Семакин, Е. К. Хеннер, Т. Ю. Шеина. - 3-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2014.
  Реферат «Архитектура персонального компьютера»
  Презентация «Суперкомпьютеры и их применение»
  

Краткое описание документа:

Презентация рассчитана на учащихся 10 класса, изучающих информатику на базовом уровне, соответствует материалу учебника И. Г. Семакина (2014 г. - ФГОС). Представлены этапы развития ВТ, рассматривается ненеймановская архитектура вычислительных систем. Возможно использование презентации при изучении темы "Информационные процессы в компьютере". Домашнее задание даётся на выбор учащихся: реферат или презентация.