Принципы построения компьютера
История и тенденции развития вычислительной техники
Электронная вычислительная машина, или компьютер – это комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.
На пути развития электронной вычислительной техники можно выделить четыре поколения ЭВМ, отличающихся элементной базой, функционально-логической организацией, конструктивно-технологическим исполнением, программным обеспечением, техническими и эксплуатационными характеристиками, степенью доступа к ЭВМ со стороны пользователей.
1 поколение.
Основным активным элементом компьютеров первого поколения являлась электронная лампа, остальные компоненты электронной аппаратуры – это обычные резисторы, конденсаторы, трансформаторы. Оперативная память представлена ферритовыми сердечниками с прямоугольной петлей гистерезиса. В качестве устройства ввода-вывода сначала использовалась стандартная телеграфная аппаратура (телетайпы, ленточные перфораторы, трансмиттеры, аппаратура счетно-перфорационных машин), а затем специально были разработаны электромеханические запоминающие устройства на магнитных лентах, барабанах, дисках и быстродействующие печатающие устройства.
Компьютеры этого поколения имели значительные размеры, потребляли большую мощность. Быстродействие этих машин составляло от нескольких сотен до нескольких тысяч операций в секунду, емкость памяти – несколько тысяч машинных слов, надежность исчислялась несколькими часами работы
|
|
|
2 поколение.
Лампы заменены транзисторами. Основные характеристики возросли на 1-2 порядка. Существенно были уменьшены размеры, масса и потребляемая мощность. Большим достижением явилось применение печатного монтажа. Повысилась надежность электромеханических устройств ввода-вывода, удельный вес которых увеличился. Машины второго поколения стали обладать большими вычислительными и логическими возможностями.
Особенность машин второго поколения – их дифференциация по применению. Появились компьютеры для решения научно-технических и экономических задач, для управления производственными процессами и различными объектами (управляющие машины).
3 поколение.
Характеризуется широким применением интегральных схем. Интегральная схема представляет собой законченный логический и функциональный блок, соответствующий достаточно сложной транзисторной схеме.
В компьютерах третьего поколения значительно расширился набор различных электромеханических устройств ввода и вывода информации. Развитие этих устройств носит эволюционный характер: их характеристики улучшаются гораздо медленнее, чем характеристики электронного оборудования.
|
|
|
Отличительной особенностью развития программных средств этого поколения является появление ярко выраженного программного обеспечения и развитие его ядра – операционных систем, отвечающих за организацию и управление вычислительным процессом.
4 поколение.
Характерно применение больших интегральных схем (БИС). Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, усложнению ее функций, повышению надежности и быстродействия, снижению стоимости. Это в свою очередь оказало существенное воздействие на логическую структуру ЭВМ и ее программное обеспечение. Более тесной стала связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы.
В четвертом поколении с появлением в США микропроцессоров (1971 г.) возник новый класс вычислительных машин – микроЭВМ, на смену которым пришли персональные компьютеры.
В компьютерах этого поколения продолжается усложнение технических и программных структур (иерархия управления средствами, увеличение их количества).
|
|
|
Основные характеристики и классификация компьютеров
К основным характеристикам стоит отнести:
Быстродействие характеризуется числом определенного типа команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду.
Производительность – объем работ (например, число стандартных программ), выполняемый ЭВМ в единицу времени.
Емкость запоминающих устройств - измеряется количеством структурных единиц информации, которое может одновременно находиться в памяти (какой набор программ и данных может быть одновременно размещен в памяти).
Надежность – это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени. Высокая надежность ЭВМ закладывается в процессе ее производства.
Точность – возможность различать почти равные значения. Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а также используемыми структурными единицами представления информации (байтом, словом, двойным словом).
Достоверность – свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратно-программными средствами контроля самой ЭВМ.
|
|
|
Классификация компьютеров:
1) СуперЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач, а также для обслуживания крупнейших информационных банков данных. Производительность суперкомпьютеров чаще всего оценивается и выражается в количестве операций с плавающей точкой в секунду (FLOPS – FLoating-point Operations Per Second).
2) Большие ЭВМ (мейнфреймы) для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров (министерства, государственные ведомства и службы, крупные банки и т.д.). В отличие от суперЭВМ, мейнфреймы применяются для целочисленных операций, требовательных к скорости обмена данными, к надёжности и к способности одновременной обработки транзакций.
3) Средние ЭВМ широкого назначения для управления сложными технологическими производственными процессами (банки, страховые компании, торговые дома, издательства). ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов. В этих машинах особое внимание уделяется сохранению и безопасности данных, программной совместимости и т.п.
4) Персональные и профессиональные компьютеры (ПК), позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей. На базе этого класса ЭВМ строятся автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного уровня.
5) Мобильные и карманные компьютеры. По упрощенной классификации можно выделить два типа подобных устройств: ноутбуки и карманные персональные компьютеры (КПК).
6) Встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами. Успехи микроэлектроники позволяют создавать миниатюрные вычислительные устройства, вплоть до однокристальных ЭВМ. Эти устройства, универсальные по характеру применения, могут встраиваться в отдельные машины, объекты, системы.
Принципы построения компьютера
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В его основе лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений. Алгоритм − конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций. Однозначного определения и методов преобразования алгоритма нет.
Дж. фон Нейман:
Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов − команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Программы и обрабатываемые ими данные должны совместно храниться в памяти ЭВМ.
Операнды − переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных.
Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ:
Модульность построения предполагает выделение в структуре ЭВМ достаточно автономных, функционально логических и конструктивно законченных устройств (процессор, модуль памяти, накопитель на жестком или гибком магнитном диске).
Децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры компьютера. Главный или центральный модуль системы определяет последовательность работ подчиненных модулей и их инициализацию, после чего они продолжают работу по собственным программам управления. Результаты выполнения требуемых операций представляются ими «вверх по иерархии» для правильной координации всех работ.
Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 137; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!