С. В. Ченцова. В. Чубарьинформатикакрасноярск 2002 введение
 Скачать 0.92 Mb.
|
|
компьютер пятого поколения. В 1981 году японский Комитет научных исследований опубликовал свой отчет, в котором был представлен план информатизации, направленный на содействие решения проблем японского общества. Этот план, ввиду первенства Японии во многих современных отраслях науки и техники, в том числе и компьютерной информатики, стал в своем роде руководством к действию и для других стран, создающих компьютерную технику. Этот проект обозначил основные требования, которым должны будут удовлетворять компьютеры пятого поколения, а именно: Обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода/вывода информации голосом и изображениями; диалоговой обработки информации с использованием естественных языков; возможности обучаемости, ассоциативных построений и логических выводов (интеллектуализация ЭВМ); Упростить процесс создания программных средств автоматизации синтеза программ по спецификациям исходных требований на естественных 26 языках; усовершенствовать вспомогательные инструментальные средства и интерфейс разработчиков с вычислительными средствами; Таблица 3.1. Поколения ЭВМ Первое (1949-1958) Второе (1959-1963) Третье (1964-1976) Четвертое (1977... Элементная база ЭВМ Электронные лампы, реле Транзисторы, параметроны ИС, СБИС Сверхбольшие ИС (СБИС) Производител ьность центрального процессора до 3х10 5 о/с до 3х10 6 о/с до 3х10 7 o/c более 3х10 7 o/c Тип оперативной памяти (ОП) триггеры, ферритовые сердечники (ФС) миниатюрные ФС полупроводни ковая БИС полупроводни ковая СБИС Объем ОП до 64 Кб до 512 Кб до 16 Мб более 16 Мб Типичные модели поколения EDSAC ENIAC UNIAC БЭСМ RCA-501, IBM-7090, БЭСМ-6 IBM/360, PDP, VAX, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ IBM/370, SX-2, IBM PC/XT/AT, PS/2, Cray, сети Характерное программное обеспечение Коды, автокоды, ассемблеры Языки программиров ания, диспетчеры АСУ, АСУТП ППП, СУБД, САПРы, ЯВУ, операцион- ные системы БЗ, ЭС, системы параллельного программиров ания Улучшить основные характеристики и эксплуатационные качества ВТ для удовлетворения различных социальных задач; улучшить соотношения затрат и результатов, быстродействия, легкости и компактности ЭВМ; обеспечить их разнообразие, высокую адаптируемость к приложениям и надежность в эксплуатации. Эти задачи очень трудны для исполнения, но работы в этом направлении уже ведутся. Кроме того, разработчики ЭВМ пятого поколения пытаются решить задачи: устройства перевода с одного языка на другой посредством голоса; информационно-вычислительной сети на 10000 автоматизированных рабочих мест, процессоров баз данных и знаний; компьютерных систем распознавания образов и искусственного зрения, интеллектуальных роботов и др. Особое внимание уделяется обеспечению надежности ВТ, включая самотестирование и использование элементов искусственного интеллекта для диагностики сбоев. 27 Поколения ЭВМ и их основные характеристики могут быть наглядно представлены на Таблице 3.1 Надо сказать, что жизнь все время вносит свои коррективы в первоначальные планы людей. В настоящее время на рынок компьютерной техники начали поступать так называемые Internet-приставки, которые вроде бы нельзя уже назвать персональными компьютерами из-за того, что они не предназначены для выполнения каких-либо вычислений или другой привычной работы ПК, но они являются непосредственными их потомками. Internet- приставки не имеют НГДМ, с их помощью можно выходить в Internet, смотреть кабельное телевидение, играть в компьютерные игры, слушать музыку. Контрольные вопросы и задания: 1. Чем отличаются друг от друга поколения ЭВМ? 2. Какое программное обеспечение характерно для ЭВМ разных поколений? 3. Начиная с четвертого поколения, на какие классы можно разделит ЭВМ? 4. Какие компьютеры относятся к классу супер-ЭВМ? 5. Расскажите, что представляют собой ЭВМ четвертого поколения? 6. Какие задачи были поставлены перед создателями ЭВМ пятого поколения ,и какими вы видите компьютеры будущего? 7. Подготовьте сообщения или рефераты по следующим темам: «Назначения и возможности супер-ЭВМ». «Проект ЭВМ 5-го поколения, что удалось сделать? И чего не могли предугадать в 1985 году?». 28 4. СФЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭВМ Несмотря на то, что изучаемые нами машины носят название электронных вычислительных машин, они не являются только вычислительными машинами, как это уже указывалось выше. Они способны манипулировать лингвистическими знаками и символами - т. е. символами, которым приписан некоторый смысл. Постепенное освоение логических задач позволило применить ЭВМ в отраслях далеких от математики. И это очень важно, хотя бы потому, что численные вычисления в человеческой деятельности занимают не более 30% . В настоящее время ЭВМ служат для хранения, передачи и выбора информации, которую они могут воспринимать и передавать в виде специальных символов, предназначенных непосредственно для «мозга» машины, языков программирования, алфавита, звуковых и световых сигналов и т.п. В связи с расширением возможностей ЭВМ, расширяется и сфера их использования. В настоящее время уже невозможно назвать сферу человеческой деятельности, где обходились бы без ЭВМ. Естественно, что интенсивность применения ЭВМ зависит от экономических возможностей отрасли, страны, заинтересованных лиц и от компьютерной грамотности пользователей – то есть степени информатзации. В связи с тем, что электронная промышленность это наиболее быстро развивающаяся отрасль, то информацию о новых возможностях ЭВМ и расширение областей их применения, лучше прослеживать по специальной литературе и периодическим изданиям, например, в журналах «Компьютер пресс», «PC magazin», «Монитор» и др., регулярно печатающих подобную информацию и дающую советы пользователям, а также посещать соответствующие сайты Интернета. Контрольные вопросы и задания 1. Приведите примеры сфер человеческой деятельности, где не применимы компьютеры? 2. Какие отрасли науки, промышленности, здравоохранения и т.п. в нашей стране требуют более интенсивной информатизации? 29 5. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭВМ. СТРУКТУРА ЭВМ, НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ БЛОКОВ Принципы построения ЭВМ, как мы говорили ранее, были заложены в 40-ые годы нашего столетия знаменитым ученом Джоном фон Нейманом (1903- 1957), тогда, когда появились первые электронно-вычислительные машины, эти принципы, несмотря на то, что современные ЭВМ очень непохожи на своих бабушек ни по внешнему виду, ни по функциям ими выполняемыми, используются до сих пор: 1. Машина должна работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления (бинарной), Это означает, что программа и данные должны быть записаны в коде двоичной системы, где каждое число или символ представляется определенной комбинацией нулей и единиц. 2. Программа, которая управляет последовательностью выполнения операций, должна храниться в памяти машины. Там же должны храниться исходные данные и промежуточные результаты. 3. Чтобы достаточно быстро можно было считать, память компьютера следует организовать по иерархическому принципу, т.е. она должна состоять, по крайней мере, из двух частей: быстрой, но небольшой по емкости (оперативной) и большой (и поэтому медленной) внешней. Машины, построенные на этих принципах, называются машинами фон- неймановского типа или машиной с фон-неймановской архитектурой. Компьютер, отклоняющийся от этой схемы, называется нефон-неймановским. В последнее время чаще всего нарушают второй принцип, требующий, чтобы вычислительный процесс управлялся программой. В нефон-неймановской архитектуре управление вычислительным процессом происходит не программой, а получаемыми результатами - данными. Рис. 5.1. Рис 5.2 Любую ЭВМ фон-неймановского типа можно представить в виде автомата, имеющего четыре главных узла (Рис.5.1), без которых невозможно функционирование компьютера: процессора, запоминающего устройства, и 30 устройств ввода и вывода. Обмен информацией между устройствами осуществляется с помощью общей шины или общей магистрали. Остановимся подробно на каждом узле процессор рис.5.2 (в машинах третьего и четвертого поколения это микропроцессор), состоит из арифметическо-логического устройства (АЛУ) управляющего устройства (УУ). Основную долю обработки информации осуществляет АЛУ. На вход АЛУ подается информация в виде кода операции оператора, который указывает, что должно делать АЛУ и операндов - чисел или слов, с которыми этот оператор должен работать. На выходе АЛУ появляется результат этой операции. АЛУ работает как карманный калькулятор, немедленно выдает результат, если в него с помощью клавиш вводить числа. Управляет работой АЛУ управляющее устройство (УУ), действующее на основе информации, поступающей из запоминающего устройства, где хранятся все сведения, необходимые для его работы. Поэтому следующим по важности элементом компьютера является память. Функции памяти выполняет запоминающее устройство (ЗУ). Одной из разновидностей ЗУ является оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), в котором процессы записи и считывания информации происходят очень быстро. Это основная память компьютера. Именно здесь и хранятся программа и данные, необходимые для немедленного решения каждой конкретной задачи. Работа компьютера сводится к организации взаимодействия АЛУ (знающего «как делать») и ЗУ (знающему «что делать»). Сами по себе АЛУ и ЗУ взаимодействовать не могут. Это осуществляет управляющееустройство (УУ), которое взаимодействует со всеми узлами компьютера и организует передачу информации от одного узла к другому для выполнения программы, записанной в ОЗУ. Процессор и ОЗУ это главные части компьютера, он может работать, имея только их, но такой компьютер никому не нужен. Чтобы компьютеру передать задание, нужно чтобы он имел устройство ввода, а для того чтобы узнать результат - устройство вывода. К устройствам ввода относится клавиатура или пульт. Это устройство похоже на пишущую машинку. Пользователь посылает команды машине в виде символов и букв, имеющихся на клавиатуре, такие команды сами по себе ей не понятны, и требуют перевода на специальный машинный язык. Это осуществляет специальное устройство интерфейс (inter - между, face - лицо). Интерфейс - это правила взаимодействия различных устройств. Эти правила можно реализовать программно и тогда будем иметь программу интерфейса. Правила интерфейса, реализованные аппаратурно − называются интерфейсным устройством. Например, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), преобразующий электрический ток в его цифровое представление в двоичном коде, является типичным интерфейсом между электрическим процессом и компьютером, который перерабатывает этот процесс. Мы уже говорили о машинах пятого поколения, в них ввод будет осуществляться голосом через микрофон. 31 Если компьютер используется для контроля управления каким-либо объектом и в него нужно вводить показания приборов и датчиков, тогда в качестве интерфейса используется устройство связи компьютера с объектом. Устройством ввода служат также внешние запоминающие устройства (ВЗУ) – это компакт-кассеты, магнитные ленты и магнитные диски. Информация, которая вводится с этих устройств, должна быть получена также с помощью компьютера. ВЗУ служат для передачи информации с одного компьютера на другой. Всю совокупность клавиш клавиатуры можно условно разбить на три группы: символьные, функциональные и клавиши управления курсором. Символьные клавиши служат для ввода текста, т.е. букв, цифр и специальных символов. Цифровые клавиши предназначены для ввода чисел, а в режиме Назначение функциональных клавиш подавать команду. Смысл команд определяется активной в данный момент программой, поэтому жесткого закрепления значений у этих клавиш нет. Клавиши управления курсором ответственны за передвижение курсора по экрану относительно текущего экранного изображения. К устройствам вывода информации относятся дисплей и принтер. Монитор или дисплей (display - показ) предназначен для отображения текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом. В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакоместа (чаще всего 25 строк по 80 символов). В графическом режиме экран монитора представляет собой область, разбитую на клетки или точки, размер этих точек - это минимальная единица изображения, которую монитор может воспроизвести четко и раздельно. Эти точки называются пикселями. Пиксели могут храниться, адресоваться и показываться. Количество пикселей, которое может воспроизвести монитор, называется его разрешающей способностью. “Разрешающая способность 800х600” означает, что монитор может воспроизводить 600 горизонтальных строк по 800 точек в каждой строке. Мониторы бывают с электронно-лучевой трубкой и жидкокристаллические, которые применяются в переносных компьютерах. Для фиксации компьютерной информации в текстовом (символьном) виде, используют принтеры - печатающие устройства. Разработанные с помощью компьютера чертежи какого-либо изделия выводятся на бумагу с помощью графопостроителя- автоматической чертежной доски, управляемой компьютером. Чертежи на лист наносятся рапидографом - инструментом, напоминающим фломастер. В последнее время появилось еще одно устройство вывода - синтезатор речи, который преобразует числа, слова и фразы, образованные в памяти 32 компьютера в электрические колебания, соответствующие голосу или звукам музыкальных инструментов. Все основные узлы компьютера: микропроцессор, ОЗУ, контроллеры или адаптеры (электронные схемы, служащие промежуточным звеном между ОЗУ и внешними устройствами, соединены с микропроцессором и ОЗУ через шину), блок питания, накопители или дисководы для гибких магнитных дисков (ВЗУ), накопитель на жестком магнитном диске (винчестер) объединяются в ПЭВМ в системный блок . К системному блоку компьютера могут быть присоединены кроме клавиатуры и дисплея и другие устройства ввода-вывода информации, называемые внешними устройствами, например: мышь - устройство, облегчающее ввод информации в компьютер джойстик - манипулятор для компьютерных игр и др. Некоторые дополнительные устройства могут вставляться внутрь системного блока (модемы, CD Rom) или имеют смешанную структуру соединения (сканеры). Контрольные вопросы и задания: 1. Из каких основных частей состоит машина фон-неймановского типа и каково их назначение? 2. В каких режимах может работать монитор? 3. Что такое разрешающая способность монитора? 4. Что такое пиксель? 5. Какие устройства ввода-вывода информации вы знаете? 6. Подготовьте сообщения на тему: «Современные устройства ввода/вывода»; «Что такое виртуальная реальность и общение в интерактивном режиме» «Архитектура современных процессоров» 33 6. ПЕРСОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ Персональные компьютеры - это небольшие ЭВМ, основой которых служит процессор, иначе говоря, его можно было бы назвать Микро-ЭВМ, но отличие ПК от микро-ЭВМ в том, что микро-ЭВМ может быть направлена на решение одной задачи, например на регулирование подачи топлива в автомобильный двигатель, т.е. микро-ЭВМ предназначены для решения узких задач. Таблица 6.1. Тип Вес, кг Источник питания Комментарии Настольные (DeskTop) 5-10 Бытовая электросеть Используются внутри помещений для оборудования рабочих мест, обладают широким набором функциональных возможностей Переносные (LapTop) 2,5-5 Бытовая электросеть или батареи Предназначены для использования в поездках. Достаточно широкий набор возможностей, включая подключение к вычислительным системам Блокнотные (Note Book) 0,7-2,5 Батареи или преобразовате ль напряжения Предназначены для использования в поездках. Набор возможностей сокращен по сравнению с настольными ПК Электронный секретарь (PDA=Personal Digital) менее 0,7 Батареи или преобразовате ль напряжения Можно легко держать в руке. набор функций позволяет выполнять записи текстов, некоторые вычисления, вести расписание. ПК - представляет индивидуальному пользователю самые разнообразные возможности, которые расширяются с развитием компьютерной техники. Поэтому ПК можно представлять как систему, обладающую как минимум следующими характеристиками: 1. Стоимость всей системы доступна рядовому пользователю; 2. В состав системы входит периферийная память в виде дискет или компакт-дисков, либо она может подключаться к аналогичным устройствам других систем; 34 3. Микропроцессор способен работать с памятью объемом не меньше 64 килобайт (память современных ПК, как уже указывалась, исчисляется Гига и Тетрабайтами); 4. ПК способен работать с программами, написанными, по крайней мере, на одном из языков программирования высокого уровня (Кобол, Паскаль и т.п.); 5. В программное обеспечение должна обязательно входить операционная система; 6. ПК рассчитаны на широкую продажу; 7. Система достаточно универсальна, что дает возможность выполнить обширный набор программ для различных приложений. Эти характеристики ПК не являются окончательными, с развитием ПК они будут, несомненно, меняться. Класс персональных ЭВМ складывается из весьма разнообразных видов машин. Если в качестве классифицированного признака взять высокогабаритные данные, то современные ПК можно представить таблицей 6.1. В настоящее время парк персональных компьютеров еще расширился. Сюда можно отнести и, так называемые, компьютерные приставки и карманные компьютеры и компьютеры-книжки − имеющие выход в Интернет и присоединяющиеся к библиотекам и книжным магазинам, они выполняют функцию книги, содержание, которой может меняться в зависимости от потребностей пользователя. Контрольные вопросы и задания: 1. Какие бывают персональные компьютеры? 2. В чем отличие персональных компьютеров от мини-ЭВМ? 3. Назовите свойства, присущие персональным компьютерам. 4. Какие устройства используются в качестве внешней памяти персональных компьютеров? |