В учебно-методическом пособии рассматривается краткая история возникновения и развития вычислительной техники и перспективы ее развития, излагаются основные принципы организации вычислительного процесса, способы построения систем энергоснабжения компьютерных систем и методы их защиты; конструктивное исполнение современных вычислительных систем; решения проблемы теплоотвода, способы настройки режимов эксплуатации и др.
Издание сочетает классическую информацию по фундаментальным теоретическим основам функционирования вычислительных систем с современными сведениями о технологиях их изготовления.
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов учреждений высшего образования специальности I-53 01 02 – «Автоматизированные системы обработки информации».
Author(s): О. М. Демиденко и др.
Publisher: ГГУ им. Ф. Скорины
Year: 2016
Language: Russian
Pages: 226
City: Гомель
ведение ........................................................................................................... 6
1 Организация вычислительного процесса..................................................... 7
1.1 Понятие вычислительного процесса...................................................... 8
1.2 Системы счета и счетные устройства .................................................. 11
1.3 Структура вычислительной системы ................................................... 13
1.4 Классификация вычислительных систем ............................................ 15
1.5 Оптимизация вычислительного процесса ........................................... 17
1.6 Утилизация компонентов вычислительной системы.......................... 19
1.7 Материалы для производства вычислительных систем ..................... 21
1.8 Безопасность при работе в лаборатории.............................................. 25
2 Блоки питания ............................................................................................. 28
2.1 Энергопотребление вычислительных систем...................................... 29
2.2 Электричество. Закон Ома................................................................... 31
2.3 Производство электроэнергии.............................................................. 33
2.4 Промышленное энергоснабжение........................................................ 35
2.5 Структура блока питания ..................................................................... 38
2.6 Подключение блока питания................................................................ 40
2.7 Защита блока питания........................................................................... 42
2.8 Распределение потребляемой мощности............................................. 44
3 Корпуса вычислительных систем............................................................... 47
3.1 Корпус вычислительной системы ........................................................ 48
3.2 Электромагнитные помехи и электростатика ..................................... 50
3.3 Внешние интерфейсы вычислительных систем .................................. 52
3.4 Моддинг корпусов персональных компьютеров................................. 54
3.5 Корпуса серверных платформ .............................................................. 56
3.6 Корпуса «тонких» клиентов ................................................................. 58
3.7 Корпуса мобильных интеллектуальных устройств............................. 60
4 Системы охлаждения .................................................................................. 63
4.1 Причина разогрева электронных компонент....................................... 64
4.2 Назначение систем охлаждения ........................................................... 66
4.3 Способы отвода избыточного тепла .................................................... 68
4.4 Пассивные системы охлаждения.......................................................... 70
4.5 Активные воздушные системы охлаждения ....................................... 72
4.6 Жидкостные системы охлаждения....................................................... 74
4.7 Термоэлектрические системы охлаждения ......................................... 76
4.8 Криосистемы для экстремального охлаждения................................... 78
4.9 Модификация корпусов с целью охлаждения..................................... 80
4
5 Ядро вычислительной системы .................................................................. 85
5.1 Архитектура ядра вычислительной системы ...................................... 86
5.2 Условия и ограничения роста производительности вычислительных систем ............................................................................. 88
5.3 Изготовление микросхем...................................................................... 90
5.4 Принцип работы центрального процессора ........................................ 93
5.5 Организация мультипоточной обработки данных .............................. 95
5.6 Сокет центрального процессора .......................................................... 97
5.7 Шинная архитектура вычислительной системы ................................. 99
5.8 Назначение системной платы............................................................. 101
5.9 Форм-факторы системных плат ......................................................... 102
5.10 Понятие чипсета вычислительной системы .................................... 105
5.11 Шины обслуживания «северного» моста ........................................ 107
5.12 Шины «южного» моста .................................................................... 109
5.13 Современные шины устройств расширения.................................... 111
5.14 Характеристики популярных шин расширения .............................. 114
5.15 Организация оперативной памяти ................................................... 116
5.16 Эффективность модулей оперативной памяти................................ 119
5.17 Кэширование информации ............................................................... 121
6 Настройка вычислительной системы....................................................... 124
6.1 Встроенное программное обеспечение.............................................. 125
6.2 Назначение BIOS ................................................................................ 127
6.3 Работа в среде CMOS.......................................................................... 129
6.4 Наращиваемый программно-аппаратный интерфейс ....................... 131
6.5 Преимущества UEFI ........................................................................... 133
6.6 Моддинг Firmware .............................................................................. 135
6.7 Понятие POST ..................................................................................... 137
6.8 Понятие Bootstrap ............................................................................... 140
7 Устройства хранения данных ................................................................... 143
7.1 Способы хранения данных ................................................................. 144
7.2 Интерфейсы подключения накопителей к системе .......................... 146
7.3 Магнитная форма записи.................................................................... 148
7.4 Стримеры и дисководы на гибких дисках......................................... 150
7.5 Накопители на жестких магнитных дисках....................................... 152
7.6 Хранение данных на оптических дисках........................................... 155
7.7 Хранение данных на твердотельных накопителях............................ 157
7.8 Расчет стоимости единицы хранения информации .......................... 159
8 Устройства мультимедиа .......................................................................... 163
8.1 Классификация устройств мультимедиа ........................................... 164
8.2 Видеоинтерфейс вычислительной системы ...................................... 165
8.3 Устройства отображения .................................................................... 168
8.4 Аудиоинтерфейсы вычислительных систем ..................................... 170
8.5 Акустические системы ....................................................................... 172
5
8.6 Устройства оцифровки статичных изображений .............................. 174
8.7 Устройства оцифровки динамичных изображений........................... 176
9 Устройства ввода/вывода.......................................................................... 180
9.1 Назначение устройств ввода/вывода данных .................................... 181
9.2 Устройства ввода текста..................................................................... 183
9.3 Устройства управления курсором...................................................... 185
9.4 Устройства вывода на печать ............................................................. 187
9.5 Игровые консоли и устройства виртуальной реальности................. 189
9.6 Мобильные устройства и их совместимость ..................................... 191
10 Устройства обмена данными .................................................................. 195
10.1 Системы обмена данными ................................................................ 196
10.2 Назначение сетевых структур .......................................................... 198
10.3 Стандартные приемы организации связи ........................................ 200
10.4 Подключение к общественным линиям связи................................. 202
10.5 Использование цифровых линий связи............................................ 204
10.6 Типы сетевых кабелей ...................................................................... 207
10.7 Беспроводные соединения................................................................ 210
10.8 Специализированные устройства сети передачи данных............... 212
11 Управление вычислительными системами............................................ 216
11.1 Операционные системы .................................................................... 217
11.2 Операционные системы семейства Windows .................................. 219
11.3 Операционные системы семейства UNIX........................................ 219
11.4 Виртуализация вычислительного процесса..................................... 223
11.5 Эмуляция аппаратных средств ......................................................... 225
11.6 Облачные операционные системы Cloud PC................................... 228
11.7 Комплексные системы Cloud PC...................................................... 230
Литература.................................................................................................... 233
