29)Проблемы расширения основной памяти. Понятие виртуальной памяти и ее организация.

Основная проблема относится к коллизиям. Если при работе в основной памяти потенциально возникающими потребностями дополнительного поиска информации при возникновении коллизий можно пренебречь, то при использовании внешней памяти любое дополнительное обращение вызывает существенные накладные расходы. Виртуа́льная па́мять — технология управления памятью ЭВМ, разработанная для многозадачных операционных систем. При использовании данной технологии для каждой программы используются независимые схемы адресации памяти, отображающиеся тем или иным способом на физические адреса в памяти ЭВМ. Позволяет увеличить эффективность использования памяти несколькими одновременно работающими программами, организовав множество независимых адресных пространств. Страничная организация виртуальной памяти. Оперативная память делится на страницы: области памяти фиксированной длины (например, 4096 байт), которые являются минимальной единицей выделяемой памяти. Процесс обращается к памяти с помощью адреса виртуальной памяти, который содержит в себе номер страницы и смещение внутри страницы. Сегментная организация виртуальной памяти . Механизм организации виртуальной памяти, при котором виртуальное пространство делится на части произвольного размера — сегменты

31) Принципы построения, разновидности, характеристики НЖМД, разновидности и недостатки интерфейса ATA/ATAPI (для устройств IDE)      

Существуют следующие разновидности спецификации АТА.

АТА-1 — первая версия интерфейса разрабатывалась в период 1986—1994 годов. Интерфейс поддерживает работу одного контроллера жестких дисков емкостью 504 Мбайт. К 40-контактному стандартному разъему шины можно подключить последовательно в шлейф два дисковода. Для обмена 16-разрядными данными в IDE-1 используется метод PIO Mode 0, 1, 2 (2,1-8,3 Мбайт/с). АТА-2— протокол усовершенствованного интерфейса IDE — EIDE был внедрен в 1996 году компанией Western Digital. АТА-2 предусматривает поддержку следующего:

■    новых режимов обмена данными PIO Mode 3, 4 (11,11—16,67 Мбайт/с) и DMA (0-2) (16,67 Мбайт/с);

■    дискового пространства памяти объемом до 137,4 Гбайт;

■    интерфейса расширения типов подключаемых устройств внешней памяти — ATAPI; поддержку съемных устройств;

■    двух каналов в одном контроллере EIDE с двумя жесткими дисками в каждом.

Подключение разъемов интерфейса и питания АТЛ к жесткому диску

Одно из важнейших нововведений АТА-2 — программный интерфейс расширения типов устройств ATAPI. Драйверы ATAPI встроены в операционную систему. ATAPI позволяет подключать кстандартному разъему IDE на системной плате вместе с жесткими дисками также и другиепериферийные устройства (до четырех). Для этой цели на системной плате смонтировано два разъема IDE. К каждому из разъемов подключается одно или два устройства, которые в соответствии с иерархией привилегий ведущий-ведомый управляются одним контроллером.

32)Общая характеристика, разновидности и достоинства интерфейса SATA, SATA-II, SAS для НЖМД                                                  

Накопители различных поколений использовали такие интерфейсы: , Serial ATA (SATA), SATA 2, SAS.

SATA (Serial ATA) – последовательный интерфейс обмена данными с накопителями. Для подключения используется 8-pin разъем. Как и в случае с PATA – является устаревшим, и используется только для работы с оптическими накопителями. Стандарт SATA (SATA150) обеспечивал пропускную способность равную 150 МБ/с (1,2 Гбит/с).

SATA 2 (SATA300). Стандарт SATA 2 увеличивал пропускную способность в двое, до 300 МБ/с (2,4 Гбит/с), и позволяет работать на частоте 3 ГГц. Стандартны SATA и SATA 2 совместимы между собой, однако для некоторых моделей необходимо вручную устанавливать режимы, переставляя джамперы.

SAS (Serial Attached SCSI) – поколение пришедшее на смену стандарта SCSI, использующее последовательную передачу данных. Как и CF.

Обладая обратной совместимостью с SATA, он даёт возможность подключать по этому интерфейсу любые устройства, управляемые набором команд SCSI — не только НЖМД, но и сканеры,принтеры и др. По сравнению с SATA, SAS обеспечивает более развитую топологию, позволяя осуществлять параллельное подключение одного устройства по двум или более каналам. Также поддерживаются расширители шины, позволяющие подключить несколько SAS-устройств к одному порту.

30) Классификация и обобщенная характеристика внешних запоминающих устройств

ВЗУ предназначены для длительного хранения больших объемов данных после снятия питания.
Три составляющих:
1) Большие объемы данных
2) Длительное хранение информации
3) Энергонезависимость
Классификация:
1. По физическим основам хранения информации:
• Устройства на магнитных носителях
• На оптических
• Электронные устройства
2. По конструктивному исполнению:
• Дисковые устройства
• Ленточные
3. Накопители:
• С прямым доступом (магнитные диски)
• С последовательным доступом (магнитные ленты, оптические диски)
• С произвольным доступом (ОЗУ)          

33) Понятие, достоинства и недостатки RAID-систем;

RAID - сокращение для "Redundant Array of  Inexpensive (or Independent) Disks"(Избыточный Массив Недорогих (или Независимых) Дисков), изначально конкурировавший со SLED ("Single Large Expensive Disk" - "Один Большой Дорогой Диск"). Чтобы обеспечить дополнительную надежность и/или увеличить скорость, данные в RAID распределены между несколькими физическими дисками (называемыми "составляющими дисками"). 

Достоинства и недостатки RAID-системы на IDE-дисках

Принципиальных противопоказаний сделать RAID на жестких дисках IDE не существует. Имеющиеся на рынке контроллеры IDE RAID можно условно разделить на четыре класса:

1)карты расширения с интерфейсом PCI и IDE-портами (так называемые контроллеры PCI-to-IDE). В продаже есть недорогие IDE-контроллеры на 2-8 дисков (до 100 долл.);

2)RAID-контроллеры, интегрированные на материнские платы (обычно это два дополнительных разъема IDE на 4 диска);

3)специализированные дисковые подсистемы — «карманы» под диски, рассчитанные на два устройства и аппаратно реализующие единственный тип RAID-массива — «зеркало», или RAID-1.  Такие устройства, относящиеся к классу IDE-to-IDE RAID, обычно поддерживают функцию горячей замены, нестандартную для IDE-дисков;

Что же упоминают в качестве возможных недостатков?

1.Качество дисков и стабильность их работы

2.Надежность и целостность данных.

3.Отказоустойчивость.

4.Производительность. Ранее считалось, что SCSI-устройства работают быстрее. Но это мнение основывалось на том, что IDE-шина создает большую нагрузку на процессор, чем SCSI.

35) Классификация и характеристика накопителей на оптических дисках

В накопителях на оптических дисках в качестве носителя используется диск, покрытый отражающим веществом со специальными оптическими свойствами. Наиболее распространенным видом оптических накопителей является компакт-диск (CD). Наиболее распространены диски CD-ROM, па которые информация наносится фабрично и не может быть изменена. Существуют также диски и приводы CD-R, которые позволяют однократно записывать CD на специальные заготовки, и CD-RW, которые могут записывать и читать компакт-диски.

Компакт-диски имеют низкую цену, высокое быстродействие и срок хранения данных, измеряемый десятками лет.

В последние годы большое распространение получили диски DVD (Digital Versatile Disk — цифровой универсальный диск). Изначально изобретенный для записи цифрового видео, сейчас он используется для хранения больших объемов (до нескольких гигабайт) информации. По своему строению DVD-диски очень схожи с компакт-дисками.

Существуют также накопители, в которых применяется комбинация магнитных и оптических свойств вещества. Такие накопители называют магнитооптическими.

35) Классификация и характеристика накопителей на оптических дисках

В накопителях на оптических дисках в качестве носителя используется диск, покрытый отражающим веществом со специальными оптическими свойствами. Наиболее распространенным видом оптических накопителей является компакт-диск (CD). Наиболее распространены диски CD-ROM, па которые информация наносится фабрично и не может быть изменена. Существуют также диски и приводы CD-R, которые позволяют однократно записывать CD на специальные заготовки, и CD-RW, которые могут записывать и читать компакт-диски.

Компакт-диски имеют низкую цену, высокое быстродействие и срок хранения данных, измеряемый десятками лет.

В последние годы большое распространение получили диски DVD (Digital Versatile Disk — цифровой универсальный диск). Изначально изобретенный для записи цифрового видео, сейчас он используется для хранения больших объемов (до нескольких гигабайт) информации. По своему строению DVD-диски очень схожи с компакт-дисками.

Существуют также накопители, в которых применяется комбинация магнитных и оптических свойств вещества. Такие накопители называют магнитооптическими.

36) Классификация видеотерминальных устройств. Виды разверток изображения.

Видеотерминальное устройство-электронное устройство с телевизионным экраном, на котором обрабатывается текстовая и иллюстрационная информация при подготовке издания к печати. Видеотерминал состоит из видеомонитора (дисплея) и видеоконтроллера (адаптера). Видеоконтроллеры входят в состав системного блока ПК (находятся на видеокарте, устанавливаемой в разъем материнской платы), а видеомониторы это внешние устройства ПК.  Видеомонитор (монитор) или дисплей ? устройство отображения текстовой и графической информации на экране (в стационарных ПК – на экране электронно-лучевой трубки, в портативных ПК – на жидкокристаллическом плоском экране). Основные параметры мониторов, характеризующие качество изображения: 1) Размер экрана монитора, 2)  Частота кадровой (строчной) развертки монитора. 3) Разрешающая способность. В графическом режиме на экран выводятся более сложные изображения и надписи с различными шрифтами и размерами букв, формируемых из отдельных элементов – пикселей .1) Размер зерна. Важной характеристикой монитора, определяющей четкость изображения на экране, является размер зерна люминофора экрана монитора. Чем меньше зерно, тем, естественно, выше четкость и меньше устает глаз. Величина зерна монитора имеет значения от 0.41 до 0.18 мм 1)Тип электронно-лучевой трубки.

1.2. Видеоадаптеры (видеоконтроллеры)

Видеоадаптеры ? внутрисистемные устройства, непосредственно управляющими мониторами и выводом информации на их экран.. Параметр: MGA  CGA  EGA VGA  SVGA

Разрешающая способность, пикселей, по горизонтали ´ по вертикал 720×350;;640×200 320×200;;640×350 720×350;;720×350 640×480;;800×600 1024×768 Число цветов-----2(16)- 16(256) Число строк ´ столбцов (в текстовом режиме)-------80×25 80×50 Емкость видеобуфера, Кбайт----64---512/1024 Число страниц в буфере (в текстовом режиме)---1-8. Размер матрицы символа, пикселей, горизонтали ´ по вертикали----14×9---8×8 14×8

Частота кадров, Гц----50-60

Виды разверток:
1. Непрерывная линейная
2. Синусоидальная
З. Круговая
4. Спиральная
5. Ждущая

34) Типы и основные характеристики твердотельных носителей информации

Под твердотельными (solid-state) обычно понимают носители на картах флэш-памяти. Они действительно тверды на ощупь, с майларовыми флоппи никак не спутаешь. К тому же не содержат подвижных частей — твердотельны как кирпич. В отличие от ПЗУ (ROM-микросхема, постоянно запоминающее устройство) обновляемая флэш-память позволяет программно обновлять находящиеся в ней данные Типы:

1)Карты памяти PCMCIA

Пожалуй, одним из старейших стандартов на устройства внешней памяти является стандарт PCMCIA, разработанный Международной ассоциацией по картам памяти для персональных компьютеров.

2)Карты памяти CompactFlash

Карты CompactFlash могут использоваться в самых разнообразных устройствах, включая цифровые камеры и карманные компьютеры. Фактически CompactFlash поддерживается большинством платформ и операционных систем, имеющих поддержку стандарта PCMCIA ATA. На начало 2000 года в мире насчитывалось около 40 компаний, производящих карты памяти CompactFlash.

3)Карты памяти SmartMedia

Разработанный около четырех лет назад корпорацией Toshiba очередной стандарт флэш-памяти многие считают наиболее удобным из существующих карт памяти для цифровых камер. Благодаря своей компактности эти карты уже получили достаточно широкое распространение среди производителей цифровой электроники. Размеры карт SmartMedia — 45 x 37 x 0,76 мм, емкость — от 2-16 Мбайт

4)Карты формата MultiMediaCard

MultiMediaCard (MMC), разработанная при значительном участии SanDisk, очень похожа на SmartMedia. Считается, что MultiMediaCard — это самое маленькое на сегодняшний день устройство для хранения информации. При весе менее двух  граммов и размере с почтовую марку MultiMediaCard не уступает своим «коллегам» по таким параметрам, как надежность, производительность и низкое энергопотребление. В настоящее время выпускаются карты памяти MultiMediaCard объемом от 8 до 32 Мбайт.

5)Микровинчестер IBM Microdrive

IBM, изобретатель технологии магнитных дисков Winchester, вывела миниатюризацию жестких дисков на новый уровень, выпустив свои новыемодели Microdrive (емкостью 170 и 340 Мбайт). Конечно, данный жесткий диск не относится формально к твердотельным носителям, но по типоразмеру и степени надежности — вполне под стать им.

37)Особенности построения и характеристики видеомониторов на плоских панелях. Назначение и характеристики видеоконтроллеров;

Видеомониторы на плоских панелях весьма разнообразны. Сейчас применяются:

1)мониторы на жидкокристаллических индикаторах (LCD — Liquid Crystal Display); 2) плазменные мониторы ; 3)электролюминесцентные мониторы , 4)светоизлучающие мониторы .

Основные характеристики видеоконтроллера:

● режимы работы (текстовый и графический);

● воспроизведение цветов (монохромный и цветной);

● число цветов или число полутонов (в монохромном);

● разрешающая способность (число адресуемых на экране монитора пикселов по горизонтали и вертикали);

● емкость и число страниц в буферной памяти ;

● размер матрицы символа (количество пикселов в строке и столбце матрицы формирующей символ на экране монитора);

● разрядность шины данных, определяющая скорость обмена данными с системной шиной, и т. д.

Общепринятый стандарт формируют следующие видеоконтроллеры:

● Hercules -монохромный графический адаптер;

● MDA — монохромный дисплейный адаптер

● MGA — монохромный графический адаптер

●CGA — цветной графический адаптер ;

● EGA — улучшенный графический адаптер ;

● VGA — видеографический адаптер ,часто его называют видеографической матрицей

● SVGA — улучшенный видеографический адаптер

● PGA — профессиональный графический адаптер

38)Характеристики систем ввода информации (клавиатура, мышь, сканеры, плоттеры, дигитайзеры);

ДИГИТАЙЗЕР

Устройство для ввода контурных изображений. Используется, как правило, в системах автоматического конструирования (САПР) для ввода чертежей в компьютер.

Для профессиональных графических работ дигитайзер (со световым пером) практически является стандартным устройством, так как он с помощью соответствующих программ позволяет преобразовывать передвижение руки оператора в формат векторной графики.

Мышь — механический манипулятор, преобразующий движение в управляющий сигнал. В частности сигнал может быть использован для позиционирования курсора или прокрутки страниц

Сканером называется устройство, позволяющее вводить в компьютер в графическом виде текст, рисунки, слайды, фотографии и др

Клавиатура  (Keyboard) предназначена для ввода в компьютер информации от пользователя.Клавиатура, несмотря на сильную конкуренцию со стороны мыши, является основным устройством ввода. 

ПЛОТТЕР - это широкоформатный принтер. Плоттеры используется для печати фотографий, рекламы, схем, чертежей и иных, схожих задач. Плоттерами принято называть принтеры формата более чем A3. Разделяются плоттеры в основном по технологии печати и по типу используемых чернил. По ширине печатной области предлагаются модели от формата A3 до формата A1, A0 и более.

42)Понятия и особенности метакомпьютинга. Принципы вычислительной компоненты сети.

Термин метакомпьютинга возник вместе с развитием высокоскоростной сетевой инфраструктуры в начале 90-х годов и относился к объединению нескольких разнородных вычислительных ресурсов в локальной сети организации для решения одной задачи. Основная цель построения мета-компьютера в то время заключалась в оптимальном распределении частей работы по вычислительным системам различной архитектуры и различной мощности. Например, предварительная обработка данных и генерация сеток для счета могли производится на пользовательской рабочей станции, основное моделирование на векторно-конвейерном суперкомпьютере, решение больших систем линейных уравнений - на массивно-паралллельнойсистеме, а визуализация результатов - на специальной графической станции.

Аппаратные компоненты локальных вычислительных сетей

Типичная вычислительная сеть включает в себя шесть основных компонентов.1. Основным составляющим элементом сети является настольный ПК, такой, как IBM-совместимый компьютер. Его называют «клиентом» или «рабочей станцией» (реже - автоматизированными рабочими местами или сетевыми станциями).2. Сервер - это любая сетевая ЭВМ, обслуживающая другие сетевые ЭВМ. Сервером обычно является высокопроизводительный ПК с жестким диском большой емкости. Он играет роль центрального узла, на котором пользователи ПК могут хранить свою информацию, печатать файлы и обращаться к его сетевым средствам. В одноранговых сетях выделенный сервер отсутствует. Существуют серверы различных типов, которые определяются типом предоставляемых услуг.

39)Типы и основные характеристики принтеров и средств мультимедиа (речевой ввод-вывод, звуковые и видеотехнологии);

Мультимедиа — это технология, объединяющая информацию (данные), звук, анимацию и графические изображения. Кроме того, мультимедиа — это средства обмена информацией между компьютером и внешней средой. Слово мультимедиа означает множество носителей. Мультимедийный продукт — интерактивная компьютерная разработка, в состав которой могут входить музыкальное и речевое сопровождение, видеоклипы, анимация, графические изображения и слайды, базы данных, текст и т.д.. Основными характеристиками принтеров являются:  Разрешающая способность или просто разрешение. Разрешение при печати чаще всего измеряется числом элементарных точек (dots), которые размещаются на одном дюйме - dpi - dots per inch (inch - дюйм равен примерно 2,54 см) или на одном миллиметре - точек на миллиметр бумаги. Например, разрешение 1440 dpi означает, что на длине одного дюйма бумаги размещается 1440 точек. Чем больше число разрешения, тем точнее воспроизводятся детали изображения. Однако при этом соответственно возрастает и время печати (исключение, лазерные принтеры). Скорость печати. 

Принтеры быв: струйные, матричные, лазерные

струйные

Основные достоинства струйных принтеров:
* высокое качество печати, для принтеров с большим количеством сопел - до 720 х 1440 dpi

* высокая скорость печати - до 10 ррт;
* использование обычной бумаги, хотя и хорошей плотности , чтобы не растекались чернила;
* бесшумность работы.
Основными недостатками струйных принтеров являются:
* опасность засыхания чернил внутри сопла, что иногда приводит к необходимости замены печатающей головки;
* высокая стоимость расходных материалов, в частности, баллончика для чернил, особенно если он объединен с печатающей головкой и заменяется совместно с ней

Матричные
В матричных принтерах изображение формируется из точек ударным способом, поэтому их более правильно называт ударно-матричные принтеры, тем более что и прочие типы знакосинтезирующих принтеров тоже чаще всего используют матричное формирование символов, но безударным способом. Достоинства матричных принтеров: низкая стоимость как самого принтера, так и расходных материалов для него; возможность одновременной печати нескольких копий.
Недостатки: невысокие качество и скорость печати, а также шум при печати.

Лазерные

Достоинства лазерных принтеров :
* высокая скорость печати ;
* скорость печати не зависит от разрешения;
* высокое качество печати до 2880 dpi
* низкая себестоимость копии ;
* бесшумность.
Недостатки лазерных принтеров: высокая цена принтеров, большое потребление электроэнергии

40)Предпосылки создания параллельных ЭВМ;

Основными параллельными предпосылками создания ЭВМ являются развитие электроники и опыт, накопленный в процессе разработки счетных и счетно-аналитических машин на перфокартах.

Начиная с 1950 года каждые 7-10 лет кардинально обновлялись конструктивно-технологические и программно-алгоритмические принципы построения и использования ЭВМ. В связи с этим правомерно говорить о поколениях вычислительных машин. Условно каждому поколению можно отвести 10 лет.

1)Первое поколение ЭВМ: 1950-1960 годы
Логические схемы создавались на дискретных радиодеталях и электронных вакуумных лампах с нитью накала.

2) Второе поколение ЭВМ: 1960-1970 годы
Логические схемы строились на дискретных полупроводниковых и магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы, тороидальные ферритовые микротрансформаторы)

3)  Третье поколение ЭВМ: 1970-1980 годы
Ввиду существенного усложнения как аппаратной, так и логической структуры ЭВМ 3-го поколения часто стали называть системами.
Первыми ЭВМ этого поколения стали модели систем IBM (ряд моделей IBM 360) и DEC (PDP 1).

4) Четвертое поколение ЭВМ: 1980-1990 годы
Революционным событием в развитии компьютерных технологий четвертого поколения машин было создание больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем

5) Пятое поколение ЭВМ: 1990 год – настоящее время
Особенности архитектуры современного поколения компьютеров подробно рассматриваются в данном учебнике. Кратко основную концепцию ЭВМ пятого поколения можно сформулировать следующим образом.
1)Компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных инструкций программы.2)Компьютеры со многими сотнями параллельно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных и знаний, эффективные сетевые компьютерные системы.

6) Шестое и последующие поколения ЭВМ
Электронные и оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

41)Классификация параллельных вычислительных систем и коммуникационные технологии построения кластеров;

Излагаются основные структурные решения, воплощённые в параллельных вычислительных системах и способствующие их высокой производительности. Изучаются основные популярные архитектуры. Исследуются принципы оптимизации выполнения параллельных программ.

Производится классификация параллельных вычислительных систем и способов распараллеливания. Приводятся «исторические» примеры параллельных ВС. Изучается проблема распараллеливания на уровне исполнительных устройств. Рассматривается организация конвейеров операций, векторных конвейеров, выполнения операций на стеке. Исследуются принципы динамического распараллеливания в многофункциональном арифметическо-логическом устройстве. Изучаются принципы «статического» составления потактового расписания работы процессора, управляемого в каждом такте. Такая компоновка командных слов характерна для суперскалеров VLIW- и EPIC-архитектуры.. Аппаратная поддержка такого языка выполнена в отечественном семействе «Эльбрус». Обсуждается проблема практического применения принципа data flow при построении асинхронных вычислительных систем. Приводятся примеры программирования. Рассматривается архитектура вычислительной системы, основанная на принципе SPMD - «одна программа – много потоков данных». Анализируется возможность применения SPMD-технологии к решению задач логического вывода.

Кммуникационные технологии построения кластеров

Кластеры могут стоится как на основе специализированных высокоскоростных шин передачи данных, так и на основе массовых сетевых технологий. Среди массовых коммуникационных стандартов сейчас чаще всего используется сеть Ethernet или более ее производительный вариант - Fast Ethernet, как правило, на базе коммутаторов. Однако большие накладные расходы на передачу сообщений в рамках Fast Ethernet приводят к серьезным ограничениям на спектр задач, которые можно эффективно решать на таком кластере. Если от кластера требуется большая производительность и универсальность, то необходимо применять более скоростные и специализированные технологии. К ним относятся SCI, Myrinet, cLAN, ServerNet и др.