Презентация к уроку в 10 классе "Информационные процессы в компьютере"
презентация к уроку по информатике и икт (10 класс)

Слайд 1

Информационные процессы в компьютере. 10 класс

Слайд 3

Под архитектурой ЭВМ понимаются наиболее общие принципы построения компьютера, реализующие программное управление его работой и взаимодействие основных функциональных узлов . В основе архитектуры ЭВМ разных поколений лежат принципы Джона фон Неймана.

Слайд 5

Однопроцессорная архитектура ЭВМ 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. 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.

Слайд 6

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.

Слайд 7

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. 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.

Слайд 8

Для каждого типа и модели устройств используется свой контроллер, а в составе ОС имеется управляющая программа (драйвер устройства ) 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 .

Слайд 9

Важное событие в совершенствовании архитектуры ПК произошло в 2005 г: был создан первый двух ядерный 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 пользовательские микропроцессоры содержат до 64 ядер.

Слайд 10

32 ядра

Слайд 11

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. Укажем некоторые из них: 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.

Слайд 12

Перспективный путь повышения производительности компьютера Лежит на пути отказа от единственности главных устройств компьютера: л ибо процессора, либо оперативной памяти, либо шины, либо всего этого в месте. Это путь ещё большего отступления от архитектуры фон Неймана. Чтобы было понятнее, зачем компьютеру несколько процессоров, обсудим алгоритм решения простейшей математической задачи: Есть массив из 100 чисел: а 1 , а 2, … а 100 . Требуется найти их сумму. Нет ничего проще! И на компьютере и без него мы поступим так: сложим первые два числа и обозначим эту сумму( например, S ), затем прибавим к ней третье, и будем делать это 98 раз. Это пример п оследовательного вычислительного процесса. Это его блок-схема

Слайд 13

Это очень длительный процесс и мы будем решать задачу не в одиночку, а всем классом

Слайд 14

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. Но вернемся к описанной выше последовательности действий – в ней есть источники проблем.

Слайд 15

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. Но 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 расходы на 24 дополнительных процессора? Выход - ввод в архитектуру нескольких системных шин, а может и нескольких устройств оперативной памяти Обсуждаемые изменения приводят к « ненеймановской » архитектуре.

Слайд 16

Ведущий принцип ненеймановских вычислительных систем: Отказ от последовательного выполнения операций. Параллельное программирование: распределение вычислений – способ реализации параллельных вычислений путем использования множества компьютеров, объединенных в сеть (их называют мультикомпьютерными) Мультипроцессорные системы – образуют единый компьютер, который относится к классу суперкомпьютеров. Достижение параллелизма в них происходит благодаря возможности независимой работы отдельных устройств и их дублирования: несколько процессоров, несколько блоков оперативной памяти, шин и т.д.

Слайд 18

Искусственная Нейронная Сеть представляет собой систему соединённых и взаимодействующих между собой простых процессоров ( искусственных нейронов ). Такие процессоры обычно довольно просты (особенно в сравнении с процессорами, используемыми в персональных компьютерах). Каждый процессор подобной сети имеет дело только с сигналами , которые он периодически получает, и сигналами, которые он периодически посылает другим процессорам. И, тем не менее, будучи соединёнными в достаточно большую сеть с управляемым взаимодействием, такие по отдельности простые процессоры вместе способны выполнять довольно сложные задачи . С точки зрения машинного обучения , нейронная сеть представляет собой частный случай методов распознавания образов , дискриминантного анализа , методов кластеризации и т. п . С точки зрения математики , обучение нейронных сетей — это многопараметрическая задача нелинейной оптимизации . С точки зрения кибернетики , нейронная сеть используется в задачах адаптивного управления и как алгоритмы для робототехники .