Самостоятельное изучения - классификация ЭВМ. Машина тьюринга
 Скачать 36.21 Kb.
|
|
МАШИНА ТЬЮРИНГА Идею хранения программ в оперативной памяти и теоретического обоснования основных свойств современных компьютеров в 1936 г. высказал Алан Тьюринг (1912—1953) — гениальный математик, опубликовавший тогда свою замечательную работу «О вычислимых числах». Полагая, что наиболее важная черта алгоритма (задания на обработку информации) — это возможность механического характера его выполнения, А. Тьюринг предложил для исследования алгоритмов абстрактную машину, получившую название «машина Тьюринга». В ней он предвосхитил основные свойства современного компьютера, состоящего из следующих компонентов: запоминающего устройства (склад информации, разбитый на ячейки памяти, которым в некотором определенном порядке приписывают номера); исполнительного устройства (часть машины, выполняющая раз нообразные индивидуальные операции, из которых состоит вы числение); ■ контролирующего устройства (контроль за тем, чтобы эти опе рации выполнялись согласно заданному алгоритму — «таблице команд» — безошибочно и в правильном порядке). Несомненно выдающимся открытием ученого явилось установ ление тройного соответствия между формальными логическими вычислениями, работой человеческого ума и действиями машины, которую можно реализовать физически. Концепция машины Тью ринга стала фундаментом современной теории вычислений и вы числимости. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ С развитием технологии производства ЭВМ классифицировать их стало сложно. Это объясняется тем, что стерлись видимые грани между основными характеристиками. Например, персональный компьютер, для размещения которого вполне достаточно письменного стола, имеет такие же возможности и технические характеристики, что и достаточно совершенная в совсем недалеком прошлом ЭВМ, занимающая машинный зал в несколько сотен квадратных метров. Поэтому разделение ЭВМ по приведенным признакам не стоит воспринимать как классификацию по техническим параметрам. Вне зависимости от страны производителя ЭВМ принято классифицировать по признакам, изложенным далее. По принципу действия: аналоговые (АВМ); цифровые (ЦВМ); гибридные (ГВМ). АВМ — вычислительные машины непрерывного действия. Они работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения). АВМ весьма просты и удобны в эксплуатации. Программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2—5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики. ЦВМ — вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в | цифровой форме. ГВМ — вычислительные машины комбинированного действия. Они работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами. Наиболее широкое применение получили ЦВМ, которые обычно называются электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере. По способу организации вычислительного процесса: многопроцессорные; однопроцессорные; параллельные; последовательные. В многопроцессорных ЭВМ архитектура предусматривает использование большого числа процессоров, чем обеспечивается существенное повышение ее вычислительной мощности и, в частности, возможность обработки значительных объемов информации. В однопроцессорных ЭВМ быстродействующая память подключена к единственному центральному процессору, который выбирает команды из памяти, декодирует каждую из них, выбирает данные (в соответствии с предписанием в команде), хранящиеся в указанных ячейках памяти, выполняет указанные операции и запоминает результаты в предписанных ячейках. Кроме того, к системе должны быть подключены устройства ввода и вывода. Параллельная организация вычислительного процесса предполагает разбиение решаемой задачи на какие-либо части и дальнейшее одновременное их выполнение. К этой организации относится, например, конвейерная организация вычислительного процесса. Последовательная организация вычислительного процесса предполагает последовательное выполнение программы, т. е. команда за командой согласно логике программы. По уровню специализации ЭВМ: универсальные (общего назначения); проблемно-ориентированные; специализированные. Универсальные ЭВМ предназначены для решения различных инженерно-технических задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Проблемно-ориентированные ЭВМ предназначены для решения более узкого круга задач, связанных с регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных. Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач (микропроцессоры и контроллеры, выполняющие функ-■ ции управления техническими устройствами). По группе спецификации РС99: массовые ПК (Consumer PC); деловые ПК (Office PC); портативные ПК (Mobile PC); рабочие станции (Workstation); развлекательные ПК (Entertaiment PC). С 1999 г. для классификации ПК используется международный сертификационный стандарт — спецификация РС99. Большинство ПК относится к массовым ПК и включают стандартный (минимально необходимый) набор аппаратных средств. Деловые ПК включают минимум средств воспроизведения графики и звука. Портативные ПК отличаются наличием средств коммуникации Удаленного доступа. Рабочие станции отвечают повышенным требованиям к объемам памяти устройств хранения данных. Развлекательные ПК ориентированы на высококачественное воспроизведение графики и звука. По конструктивным особенностям ПК: настольные (стационарные); переносные (портативные). Наиболее распространенными являются настольные ПК, которые позволяют легко изменять конфигурацию. Портативный ПК — это ПК, который пользователь может иметь постоянно при себе. Различают портативные компьютеры в зависимости от их мощности и размеров. 1. Электронная записная книжка — это портативный компьютер, который позволяет выполнять небольшой набор определенных функций, например: простая адресная база; переводчик; интегрированный с будильником календарь; часы; арифметический калькулятор; конвертор валют; пара-тройка игрушек. Персональный цифровой секретарь — это портативный ком пьютер, у которого, как правило, отсутствует клавиатура, и ввод/ вывод данных осуществляется на сенсорную панель с помощью специальной ручки. Возможен обмен данных с другим компьютером через параллельный или последовательный интерфейс. Работает под управлением Windows СЕ. Карманный (суперпортативный компьютер, палмтоп) — это самый миниатюрный вид портативного компьютера, умещающий ся в кармане или на человеческой ладони, который напоминает электронную записную книжку. Карманные компьютеры не имеют жесткого диска. Потребляя незначительное количество электроэнер гии, палмтоп способен в десятки раз дольше работать от батарей, чем ноутбуки. Объем оперативной памяти палмтопов составляет 2— 16 Мбайт. Они оснащаются особыми операционными система ми. Палмтопы обычно выполняют функции органайзера, его мож но использовать как календарь и записную книжку. Палмтопы обычно снабжены простейшей программой для работы с электрон ной почтой и программой для обмена данными с другими видами персональных компьютеров. Масса палмтопов не превышает 450 г, его обычный размер — 20x10 см, толщина — 2 — 3 см. Конструк тивно палмтоп представляет собой две соединенные панели, кото рые могут складываться наподобие записной книжки. На одной панели располагается клавиатура, на другой — сенсорный экран. Для управления используется специальная перьевая ручка. Суще- | ствуют образцы палмтопов, состоящих из одной панели, без клавиатуры. Ведущими производителями палмтопов являются фирмы Compaq, Hewlett-Packard, NEC, Philips, Psion. Блокнотный (ноутбук) — это портативный компьютер с ши рокими функциональными возможностями стационарного пер сонального компьютера. Некоторые устройства компьютера отли чаются от стационарных: дисплей, как правило, является жидко кристаллическим, монохромным или цветным (с пассивной или активной матрицей); процессор не отличается по производитель ности от стационарных, но имеет пониженное энергопотребление; клавиатура имеет меньшее количество клавиш. Время работы от собственного источника питания от 2 до 8 ч. Блокнотные компью теры могут использовать и стационарные устройства — дисплей, клавиатуру. Масса меняется в зависимости от мощности компью тера. Такие компьютеры могут быть использованы в дороге, в ко мандировке, для научной, журналисткой, педагогической и другой деятельности. Выпускается разновидность блокнотных компьюте ров — субблокнотные компьютеры с еще более малыми размерами и массой. Лэптоп (наколенный компьютер) — один из первых типов портативных компьютеров. Имел функциональные возможности настольного персонального компьютера IBM PC/XT. Масса до 5 кг. Сегодня — это разновидность небольшого ноутбука, имеющая в наличии мощное видео, широкоформатный 17-дюймовый дисплей и качественную клавиатуру с блоком цифровых клавиш. Для ком муникации имеются устройства: 1,3 Мп камера, Wi-Fi, Bluetooth, порт ExpressCard, который позволяет подключить дополнительное оборудование. По аппаратной совместимости ПК: IBM PC совместимые; Apple Macintosh. В 1981 г. была представлена первая модель IBM PC, получившая индекс IBM 5150. Хотя компании Apple Computer, Commodore Business Machines и Tandy опередили IBM, выпустив свои ПК раньше, принято считать, что эпоха персональных компьютеров началась именно с модели IBM 5150. Базовая модель компьютера состояла из процессора Intel 8088 с частотой 4,77 МГц, 16 Кбайт оперативной памяти, кассетного маг нитофона и видеоадаптера CGA с возможностью подключения к телевизору. Накопители на гибких дисках (диаметром 5,25 дюйма и емкостью 160 Кбайт), монитор, дополнительная память являлись дополнительными устройствами. Из-за высокой цены и довольно ограниченных графических возможностей IBM 5150 не был популярен среди непрофессиональных пользователей, зато получил большой успех у бизнеса. Этому во многом способствовало наличие хорошего выбора офисных программ, среди которых можно выделить электронную таблицу Lotus 1-2-3, текстовые редакторы и др. При разработке модели 5150 в IBM использовали нетрадиционный для компании подход: значительная часть комплектующих, включая процессор, приобреталась у других компаний, а не выпускалась самой IBM. Операционную систему также заказали на стороне — у компании Microsoft, которая незадолго до этого приобрела систему QDOS у фирмы Seattle Computer Products и стала выпускать ее под маркой MS-DOS. Версия, распространявшаяся с компьютерами IBM, получила название PC-DOS. Архитектура IBM PC была сделана открытой, что привело к появлению огромного количества карт расширения и периферии от сторонних компаний. Вскоре ряд компаний создали совместимые версии BIOS и начали выпускать собственные компьютеры. Поначалу совместимость с IBM PC была неполной, но со временем эта проблема исчезла, а производители совместимых компьютеров стали теснить IBM на рынке. В ответ на конкуренцию в IBM разработали серию компьютеров PS/2 с закрытой архитектурой на основе шины МСА. Однако эти ПК пользовались невысоким спросом, рынок сделал выбор в пользу прежней открытой архитектуры. Поэтому IBM вернулась к открытой архитектуре, но вскоре уступила свои лидирующие позиции конкурентам. В 2004 г. IBM и вовсе продала свое подразделение по производству ПК китайской фирме Lenovo. К этому времени, впрочем, термин «компьютеры, совместимые с IBM PC» успел сильно устареть, вместо него стали говорить просто PC или же компьютер с архитектурой Wintel, что означает: персональный компьютер с ОС Windows и процессором с «х86-архитектурой» производства любой компании (Intel, AMD и др.). Именно такие ПК составляют сегодня основу компьютерного парка, как компаний, так и домашних пользователей. Всего же с 1981 г. было продано более полутора миллиардов IBM PC и совместимых компьютеров. К Apple Macintosh относится линейка персональных компьютеров, спроектированных, разработанных, производимых и продаваемых фирмой Apple Computer. Они работают под управлением операционной системы Mac OS. Фирма Apple была основана 1 апреля 1976 г., и именно тогда на рынке появился собранный вручную компьютер Apple Computer I. За десять месяцев было собрано и продано 175 штук. По существу, Apple I представлял собой материнскую плату без корпуса, клавиатуры, звука и графики. В 1977 г. был выпущен Apple Computer II — первый персональный компьютер с цветной графикой. Здесь была поддержка вывода на экран различных цветов, разработаны команды для работы со звуком и, следовательно, имелся встроенный динамик и клавиатура, появилась возможность оперативной смены изображения на дисплее, был блок питания и т.д. Вся эта «начинка» была упакована в специально разработанный литой пластиковый корпус, что очень выгодно отличало новый Apple от других компьютеров, имевших вид неуклюжих ящиков из листового металла. Тогда же появился известный теперь всему миру логотип — надкушенное разноцветное яблоко. В 1983 г. Apple выпустил Lisa — первый персональный компьютер с графическим пользовательским интерфейсом, где был оконный интерфейс, буфер, который позволял передавать данные между приложениями и многое другое. Самый первый свой Macintosh компания Apple официально представила в январе 1984 г. Это был первый популярный персональный компьютер, использующий графический интерфейс пользователя и мышь вместо стандартного на тот момент интерфейса командной строки. Вслед за этим компания продолжила разработку и производство семейством Apple II, которое стало главным источником дохода компании в то время. Текущий набор продуктов Macintosh варьирует от настольного Mac mini до сверхмощных серверов; создана новая линейка ноутбуков МасВоок Pro. Значительное отличие компьютеров Macintosh от моделей конкурентов (IBM PC совместимых) в том, что Apple полностью контролирует как аппаратную часть, так и ОС. Компьютеры Macintosh могут использоваться как полноценные рабочие станции, специализированные компьютеры, а также в качестве домашних и офисных. Имеется богатый выбор ПО, системного и прикладного, в том числе и совместимого по форматам файлов с распространенными программами PC (например, MS Word, Adobe Photoshop). Исторически сложилось, что компьютеры Macintosh широко используются в сфере компьютерной графики и полиграфии, сей час же все большее количество творцов музыкальной индустрии использует платформу Apple. |