Эвм. эвм. Министерство образования калининградской области
 Скачать 0.67 Mb.
|
1. История развития вычислительной техники. Поколения ЭВМ. Классификация ЭВМ.Компьютер (ЭВМ) – это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения и обработки и транспортирования данных. Классификация ЭВМ Классификация ЭВМ по поколениям ЭВМ 1-го поколения: Начало 50-х годов. Основаны на электронных лампах. В США была создана машина Princeton, которая до настоящего времени остается классической архитектурой всех вычислительных машин. В СССР первая ЭВМ была построена в Киеве под руководством академика Лебедева в 1950г. Она называлась МЭСМ. ЭВМ на основе электронных ламп размещались в нескольких больших металлических шкафах, занимали огромные площади (500м2), потребляли много электроэнергии, требовали сложной системы охлаждения. Операция суммирования – 0,2 сек. ЭВМ 2-го поколения: В середине 50х гг. появляется второе поколение, толчком было появление транзистора. Триггеры, изготовленные на транзисторах, позволили увеличить быстродействие, уменьшить габариты, уменьшить количество потребляемой электроэнергии. Среди советских ЭВМ следует отметить БЭСМ-6, достигшую 1 млн. операций в секунду. По всем параметрам она опережала западные модели. В институте кибернетики АНУССР под руководством Глушкова В.М. была сконструирована машина МИР, которая стала прообразом ПК. ЭВМ 3-го поколения: Во 2й половине 60х гг. появляются машины третьего поколения. Они основаны на интегральных микросхемах. Толчком этому стала планарная технология, позволяющая на одном монокристалле располагать несколько транзисторов. (СМ, ЕС) ЭВМ 4-го поколения: Четвертое поколение – 70е гг. основано на больших интегральных схемах (до 100 млн. операций в секунду) БИС содержит от 70000 до 450000 элементов. Длина слова от 8 до 32 разрядов. ЭВМ 5-го поколения: 5е поколение (с середины 80-х гг.) основано на сверхбольших интегральных схемах. На такой микросхеме помещаются десятки миллионов элементов. Внедрение компьютерных сетей и их объединение. Классификация ЭВМ по назначению (классы) Согласно этой классификации машины бывают: 1. СуперЭВМ используются для прогнозирования метеообстановки, управления сложными оборонными комплексами, моделирования экологических систем и др. 2. Большие (мэйнфреймы) - которые работают с большим количеством терминалов, установлены в больших ВЦ, имеют несколько процессоров. Обычно это высокопроизводительные машины; используются для решения научно-технических задач, для работы в вычислительных сетях с пакетной обработкой информации, для работы с большими базами данных, управления вычислительными сетями и их ресурсами. 3. Малые ЭВМ – используются для управления технологическими процессами, в системах автоматизированного проектирования, в системах искусственного интеллекта. 4. МикроЭВМ (универсальные: многопользовательские и однопользовательские (персональные); специализированные: многопользовательские (серверы) и однопользовательские (рабочие станции), микрокалькулятор). ПЭВМ в свою очередь бывают бытовые и профессиональные. Они получили развитие с 1995 г. в связи с развитием Интернета. С 1999 г. введен сертификационный стандарт. 1. Consumer PC (массовый); 2. Office PC (деловой); 3. Mobile PC (портативный); 4. Workstation PC (рабочая станция); 5. Entertainment PC (развлекательный). ПК по конструктивным особенностям классифицируются следующим образом: q стационарные (настольные); q переносные: · портативные; · блокноты; · карманные; · электронные секретари; · электронные записные книжки. Классификация по совместимости (семейства) Основана на преемственности архитектуры (семейства СМ(СМ3, СМ4, СМ1420); IBM, ДВК (ДВК2, ДВК3), ЕС). Классификация ЭВМ по типу представления данных Согласно этой классификации ЭВМ бывают: с непрерывным типом (аналоговые) и с дискретным типом (цифровые). Режимы работы ЭВМ 1. Однопрограммные (однозадачные) ЭВМ (ОС MS-DOS); 2. Многопрограммные (мультипрограммные) ЭВМ (ОС Windows). Достигается путем квантования (разделения) процессорного времени. В зависимости от числа пользователей существуют: Однопользовательский режим работы. Многопользовательский режим работы. Однопользовательский режим может быть и однопрограммным и многопрограммным. 2. Архитектура ЭВМ. Принципы фон-Неймана.Понятие архитектуры ЭВМ. Используя аналогию с градостроительством, естественно понимать под архитектурой ЭВМ ту совокупность их характеристик, которая необходима пользователю. Это, прежде всего, основные устройства и блоки ЭВМ, а также структура связей между ними. И действительно, если заглянуть, например, в "Толковый словарь по вычислительным системам", мы прочтем там, что термин "архитектура ЭВМ ... используется для описания принципа действия, конфигурации и взаимного соединения основных логических узлов ЭВМ (вследствие чего термин "архитектура" оказывается ближе к обыденному значению этого слова)." Именно то общее, что есть в строении ЭВМ, и относят к понятию архитектуры. Важно отметить, что целью такой общности в конечном счете служит вполне понятное стремление: все машины одного семейства независимо от их конкретного устройства и фирмы-производителя должны быть способны выполнять одну и ту же программу (на практике из-за постоянного роста вычислительной мощности техники чаще используется менее жесткий принцип совместимости снизу вверх: все программы данной модели выполнимы на более старших, но не обязательно наоборот. Отсюда неизбежно следует вывод, что с точки зрения архитектуры важны не все сведения о построении ЭВМ, а только те, которые могут как-то использоваться при программировании и "пользовательской" работе с ЭВМ. Равно как максимально подробная архитектура города не нуждается в описании марок кирпичей, из которых построены дома, и растворов, которыми эти кирпичи скреплены, так и архитектура ЭВМ не содержит описания электронных схем, других деталей реализации, "невидимых"для пользователя (например, внутренний ускоритель доступа к памяти). Ниже - основной перечень тех наиболее общих принципов построения ЭВМ, которые относятся к архитектуре: структура памяти ЭВМ; способы доступа к памяти и внешним устройствам; возможность изменения конфигурации компьютера; система команд; форматы данных; организация интерфейса. Суммируя все вышеизложенное, получаем следующее определение архитектуры: архитектура - это наиболее общие принципы построения ЭВМ,реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов. Принципы фон Неймана. Основы учения об архитектуре ЭВМ заложил выдающийся американский математик Джон фон Нейман. Первая ЭВМ "Эниак" была создана в США в 1946 г. В группу создателей входил фон Нейман, который и предложил основные принципы построения ЭВМ: переход к двоичной системе счисления для представления информации и принцип хранимой программы. Программу вычислений предлагалось помещать в запоминающем устройстве ЭВМ, что обеспечивало бы автоматический режим выполнения команд и, как следствие, увеличение быстродействия ЭВМ. (Напомним, что ранее все вычислительные машины хранили обрабатываемые числа в десятичном виде, а программы задавались путём установки перемычек на специальной коммутационной панели.) Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде набора нулей и единиц, причём в той же памяти, что и обрабатываемые ею числа. Основные принципы построения ЭВМ: 1. Любую ЭВМ образуют три основных компонента: процессор, память и устр. ввода-вывода (УВВ). 2. Информация, с которой работает ЭВМ, делится на два типа: набор команд по обработке (программы); данные подлежащие обработке. 3. И команды, и данные вводятся в память (ОЗУ) – принцип хранимой программы. 4. Руководит обработкой процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и логические операции над данными. 5. С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ). Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ.  Рис. 1. Архитектура ЭВМ Конец формы,построенной на принципах фон Неймана   - направление потоков информации; - направление управляющих сигналов от процессора к остальным узлам ЭВМРазработанные фон Нейманом основы архитектуры вычислительных устройств оказались настолько фундаментальными, что получили в литературе название «фон Неймановской архитектуры». Подавляющее большинство ВМ на сегодняшний день – фон-неймановские машины. Появление третьего поколения ЭВМ было обусловлено переходом от транзисторов к интегральным микросхемам, что привело к росту быстродействия процессора. Теперь процессор был вынужден простаивать, ожидая информации от более медленных устройств ввода-вывода, и это снижало эффективность работы всей ЭВМ в целом. Для решения этой проблемы были созданы специальные схемы управления работой внешних устройств, или просто контроллеры. Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через системную шину (другое название - системная магистраль). Шина - это кабель, состоящий из множества проводников. По одной группе проводников - шине данных передаётся обрабатываемая информация, по другой - шине адреса - адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть магистрали - шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др). 3. Персональный компьютер. Компоненты ПК. Магистрально-модульный принцип.Компьютер — это многофункциональное электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передач» информации. Персональный компьютер или ПК - это настольная вычислительная машина, предназначенная для бытового использования и предоставляющая универсальные функции для пользователей. Простыми словами, это электронное устройство, позволяющая выполнять кучу разнородных действий - бродить по интернету, смотреть фильмы, писать документы, составлять программы и прочее. Сам термин происходит от сокращения PC или же Personal Computer. В русских ГОСТах принято использовать аббревиатуру ПЭВМ или Персональная Электронно-Вычислительная Машина. Хотя в обычной среде все уже привыкли именовать именно ПК, так как это банально легче произносится и пишется. Какими бы стандартами мы не пользовались, нам стоит обратить пристальное внимание на то, что ПЭВМ, ПК или персональный компьютер это прежде всего универсальное устройство. Другими словами, приставка для игр не является ПК, так как ее назначение сильно ограничено. Еще пример. Сервера, использующиеся у хостингов так же не являются персональными компьютерами, но уже по другой, хоть и простой, причине. Они не являются персональными. В начале своего развития компьютеры были большой редкостью, а основными их покупателями были крупные организации, но со временем, они стали появляться в открытых продажах, что сделало их более доступными для простых покупателей, с возможностью использования их в личных целях, что и утвердило название таких вычислительных машин - персональными компьютерам. Сам термин персональный компьютер был использован впервые в 1964 году итальянской фирмой Olivetti. В 1975 году массовый выпуск компьютера Альтаир 8800 послужил началом линии производства персональных компьютеров, а вот персональные компьютеры похожие на современные появились только в 80-х годах 20-го столетия. В те годы ПК называли любой компьютер, который имел архитектуру IBM PC, что означало совместимость составных компонентов одних компьютеров с другими. Массовый выпуск ПК аналогичных современным компьютерам начался в 1995 году, чему способствовал выход такой операционной системы как Windows 95. Навыков для использования компьютеров под её управлением если и требовалось, то намного меньше, чем до её выхода. В СССР широко использовался термин ПЭВМ, собственно это были всё те же вычислительные машины, а персональное использование таких компьютеров служило их предназначением по определению Конструктивно персональные компьютеры выполнены в виде центрального системного блока, к которому через специальные разъемы присоединяются другие устройства. Базовая конфигурация ПК - минимальный комплект аппаратный средств, достаточный для начала работы с компьютером. В настоящее время для настольных ПК базовой считается конфигурация, в которую входит четыре устройства: Системный блок; Монитор; Клавиатура; Мышь. Системный блок – основной блок компьютерной системы. В нем располагаются устройства, считающиеся внутренними. Устройства, подключающиеся к системному блоку снаружи, считаются внешними. В системный блок входит процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, на оптический дисках и некоторые другие устройства. Монитор – устройство для визуального воспроизведения символьной и графической информации. Служит в качестве устройства вывода. Они отдаленно напоминают бытовые телевизоры. В настольных компьютерах обычно используются мониторы на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ), плоские мониторы на жидких кристаллах (ЖК) или плазменные маниторы(ПМ) Клавиатура – клавишное устройство, предназначенное для управления работой компьютера и ввода в него информации. Информация вводиться в виде алфавитно-цифровых символьных данных. Стандартная клавиатура имеет 104 клавиши и 3 информирующих о режимах работы световых индикатора в правом верхнем углу. Мышь – устройство «графического» управления. В настоящее время широкое распространение получили оптические мыши, в которых нет механических частей. Источник света размещенный внутри мыши, освещает поверхность, а отраженны свет фиксируется фотоприемником и преобразуется в перемещение курсора на экране. Современные модели мышей могут быть беспроводными, т.е. подключающимися к компьютеру без помощи кабеля. Периферийными называют устройства, подключаемые к компьютеру извне. Обычно эти устройства предназначены для ввода и вывода информации. Вот некоторые из них: Принтер; Сканер; Модем; Web-камера и другие устройства. Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой смены информационных носителей. Разъемы некоторых устройств выведены на заднюю стенку – они служат для подключения периферийного оборудования. К некоторым устройствам системного блока доступ не предусмотрен – для обычной работы он не требуется. Магистрально-модульный принцип построения ПК В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами. Магистраль Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов). Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении. Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процессором одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.
Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении - от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина). Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле: N = 2I , где I - разрядность шины адреса. Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно: N = 236 = 68 719 476 736. Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию - считывание или запись информации из памяти - нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее. Важнейшим аппаратным компонентом компьютера является системная плата. На системной плате реализована магистраль обмена информацией, имеются разъёмы для установки процессора, слоты для установки оперативной памяти, а также контроллеров внешних устройств. Кроме термина «системная плата», используется название «материнская плата» (Motherboard). Модульный принцип позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию. Каждая отдельная функция компьютера реализуется одним или несколькими модулями – конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Организация структуры компьютера на модульной основе аналогична строительству блочного дома. Основными модулями компьютера являются память и процессор. Процессор – это устройство управляющее работой всех блоков компьютера. Действия процессора определяются командами программы, хранящейся в памяти. Модульная организация опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами. Магистрально-модульный принцип имеет ряд достоинств: 1. для работы с внешними устройствами используются те же команды процессора, что и дл работы с памятью. 2. подключение к магистрали дополнительных устройств не требует изменений в уже существующих устройствах, процессоре, памяти. 3. меняя состав модулей можно изменять мощность и назначение компьютера в процессе его эксплуатации. Принцип открытой архитектуры – правила построения компьютера, в соответствии с которыми каждый новый блок должен быть совместим со старым и легко устанавливаться в том же месте в компьютере. В компьютере столь же легко можно заменить старые блоки на новые, где бы они ни располагались, в результате чего работа компьютера не только не нарушается, но и становится более производительной. Этот принцип позволяет не выбрасывать, а модернизировать ранее купленный компьютер, легко заменяя в нем устаревшие блоки на более совершенные и удобные, а так же приобретать и устанавливать новые блоки. Причем во всех разъемы для их подключения являются стандартными и не требуют никаких изменений в самой конструкции компьютера. |
