Признаки архитектуры фон Неймана

ЛЕКЦИИ ПО ОЭВМ

Понятия АСОИУ

Информационные технологии, использующие современные средства связи и вычислительной техники, привели к бурному прогрессу во всех сферах деятельности. В их основе лежит использование АСОИУ.

Под АСОИУ понимают кибернетическую человеко-машинную систему, основанную на комплексном использовании математических методов и технических средств обработки информации для решения задач управления во всех сферах человеческой деятельности. Термин кибернетика произошел от греческого «кибернетос» – управляющий, рулевой. В современный язык термин возвратился более полувека назад благодаря математику Норберту Винеру.

Среди нескольких определений кибернетики можно выделить два, принадлежащих нашим соотечественникам. Академик Колмогоров определил кибернетику, как науку, которая занимается изучением систем любой природы, способной воспринимать, хранить, преобразовывать информацию и использовать её для управления и регулирования. Академик Глушков представлял её как науку об общих законах преобразования информации в сложных системах.

Структура кибернетической системы включает в себя регулируемый и регулирующий органы и каналы прямой и обратной связи (рис.1). В этой системе происходит обмен информацией между её частями. Под информацией от латинского слова informatio – разъяснение, изложение) понимается всё, что является отражением каких-либо фактов или событий о состоянии объекта и его управлении (сведения, совокупность данных или знаний).

Рис.1

Технология управления включает в себя следующие этапы:

I. Первый этап (обратная связь) – сбор и подготовка информации о состоянии регулируемого объекта. Сведения об объекте могут быть представлены в виде значений параметров, которые характеризуют его состояние.

II. Второй этап – переработка полученной информации с целью получения решений по управлению объектом. Решение может быть получено с помощью различных логико-математических методов. Совокупность действий, выполняемых для формирования решений по управлению объектом (управляющих предписаний) называется алгоритмом управления.

III. Третий этап управления (прямая связь) – Выдача и доведение до исполнителей управляющих предписаний и команд, т.е. командной информации. Причем, реализация/исполнение команд, осуществляемая людьми или механизмами, не относится к процессу управления.

Таким образом, можно сделать вывод, что с кибернетической точки зрения управление – это выдача командной информации на основании решений, полученных путем переработки информации о состоянии регулируемого объекта.

Примером кибернетической системы является автопилот.

Законами, методами возникновения, хранения, передачи, обработки и использования информации занимается специальный раздел кибернетики – информатика.

Источниками информации являются материальные объекты, которые создают совокупность сведений о его состоянии и происходящих процессах. Совокупность сведений создаваемых источником и подлежащих передаче называется сообщением. Поэтому источник информации часто называют источником сообщений.

Информация не материальна, но она проявляется в форме материальных носителей – знаков и сигналов. Знаки (символы) - различимые материальные объекты: слова, буквы, цифры. Сигналы – физические процессы, протекающие в пространстве и во времени, и, характеризующиеся изменением физической величины любой природы: напряжения, яркости. Знаки используются при хранении, (т.е. при передаче информации во времени), а сигналы – при передаче информации в пространстве и во времени.

Сообщения состоит из последовательности сигналов, они несут информации адресатам – получателю информации.

Передача осуществляется по каналам связи, под которыми понимают среду и совокупность средств, с помощью которых передается сообщение.

Множество знаков или сигналов, из которых строятся сообщения, называются алфавитом. Информация может быть заключена как в самих знаках, так и в их взаимном расположении.

Информация может быть представлена в виде двух форм:

ü непрерывной (сигналы, несущие сообщения, состоят из плавно, непрерывно меняющихся величин);

ü дискретной (сигналы представляют собой отдельные порции, символы, точки).

Знаки, сигналы и сообщения несут информацию только для получателя способного распознать её. Это значит, что адресат предварительно должен быть подготовлен для приема сообщения с тем или иным алфавитом.

Процесс отождествления знаков с объектами в реальном мире называется кодированием, а правило, по которому объекту ставится в соответствие знаки и сигналы – кодом (от лат «кодекс»). Под кодом также понимают совокупность условных знаков и их комбинации, каждым из которых присваивают определенное значение. Процесс обратный кодированию называется декодированием.

Под количеством информации понимают меру снятия неопределенности в процессе получения информации. Информация, подготовленная для определенных целей (например, для обработки на ЭВМ) называется данными.

Кодирование информации

Способы кодирования числовой информации используемые в современных ЭВМ при хранении, передаче и выводе данных. При обозначении количественных характеристик объектов, явлений используются последовательности символов. Набор символов, правил счета и записи в виде последовательности символов из этого набора образуют систему счисления (СС). Набор символов СС называется алфавитом, а сами символы – цифрами. Различают позиционные (арабская, десятичная) и непозиционные (римская) СС. В первых вес цифры в записи числа зависит от её вида и позиции. Позиции в таких системах называют разрядами, которые нумеруются числами 0,1,2,…, крайняя левая позиция – старший разряд, крайняя правая – младший разряд числа. В непозиционных СС количественное значение цифры зависит только от её вида или взаимного расположения цифр. Число q равное количеству различных цифр в алфавите позиционной СС называется основанием СС (в арабской СС q=10, поэтому её также называют десятичной СС). В общем виде число N в позиционной СС с основанием q и алфавитом A может быть представлено в виде:

, где a₀,a_n_-1,a₁- цифры алфавита А, n,n-1,m - номера разрядов.

Разряды с номерами большими или равными нулю образуют целую часть числа, с номерами меньше нуля – дробную (в записи числа такие разряды отделяются точкой или запятой). Если дробная часть отсутствует, то число называют целым, в противном случае – число дробное.

В ЭВМ используется позиционная СС. Каждый разряд содержит одну из q цифр. Поэтому для представления чисел требуются устройства, имеющие q-устойчивых состояний. Наиболее просто с технической точки зрения реализуются устройства, имеющие два таких состояния (электронная схема, имеющая высокое или низкое напряжение на выходе, магнитный материал намагничен, либо размагничен и т.д.). Это и является причиной использования двоичной СС в ЭВМ. Алфавит такой системы счисления имеет две цифры (0 и 1). Кроме данной СС для ввода-вывода информации используются десятичные, восьмеричные и шестнадцатеричные СС. Запись чисел здесь значительно компактнее, но с технической точки зрения гораздо труднее создать устройство, имеющее 10 или 16 устойчивых состояний.

Поколения ЭВМ

В США первая ЭВМ была разработана в 1946 году и называлась ENIAC (Electronic Numerical Integrator end Computer). Она весила 30 тонн и содержала 18 000 электронных ламп.

В Англии первой ЭВМ стала EDSAC, построенная в 1949 году.

В СССР первая малая ЭВМ появилась в 1951 году. Она содержала 6 тысяч ламп и занимала площадь 60 кв. метров.

— 1-е поколение (1945-1954 гг.) — появились машины с фон-неймановской архитектурой, которые включали в себя: центральный процессор (ЦП), состоящий из арифметико-логического устройства (АЛУ) и устройства управления (УУ), оперативную память (ОП) и устройства ввода-вывода(УВВ). Основа элементной базы – электровакуумные лампы. Основной недостаток – большое потребление энергии и невысокая надежность. Область применения – решение научных задач. Язык программирования - ассемблер.

— 2-е поколение (1955-1964 гг.).Основа элементной базы - транзисторы, что привело к уменьшению габаритов, повышению надежности и производительности ЭВМ. Языки программирования - языки высокого уровня ALGOL и FORTRAN. Работа ЭВМ осуществлялась под управлением, операционной системы (ОС).Появились специализированные процессоры ввода-вывода, которые позволили освободить ЦП от управления вводом-выводом и осуществлять его одновременно с процессом в вычислений.

— 3-е поколение (1965-1970 гг.).Основа элементной базы - интегральные микросхемы различной степени интеграции, использование которых позволило разместить на пластине размером в несколько см десятки элементов, что привело к уменьшению габаритов ЭВМ, её стоимости при одновременном увеличении производительности. Появились сравнительно недорогие и малогабаритные машины — мини-ЭВМ, которые активно использовались для управления различными технологическими производственными процессами в системах сбора и обработки информации.

Увеличение мощности ЭВМ сделало возможным одновременное выполнение нескольких программ на одной ЭВМ (мультипрограммный режим). Были разработаны теоретические основы методов программирования, компиляции, баз данных, операционных систем, создаются пакеты прикладных программ. Созданы семейства ЭВМ, то есть машины становятся совместимы снизу вверх на программно-аппаратном уровне. Примерами таких семейств была серия IBM System 360 и наш отечественный аналог - ЕС ЭВМ.

— 4-е поколение (1970-1984 гг.).Основа элементной базы– большие и сверхбольшие интегральные схемы(БИС и СБИС), которые позволили разместить на одном кристалле десятки тысяч транзисторов, что привело к дальнейшему существенному снижению размеров и стоимости ЭВМ. Работа с программным обеспечением стала более дружественной, что повлекло за собой рост количества пользователей.

— 5-е поколение (1985 - по настоящее время).В качестве элементной базы активно используются СБИС и микропроцессоры. Значительное увеличение степени интеграции элементов дало возможность создать функционально полную ЭВМ на одном кристалле (микроконтроллеры). Происходит дальнейшее совершенствование аппаратного и программного обеспечения компьютерной техники, ведется интенсивная разработка и внедрение в различные сферы деятельности человека персональных компьютеров, компьютерных сетей и технологий, суперкомпьютеров.

Общие понятия

Вычислительная машина – это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизированной обработки дискретных данных по заданному алгоритму.

Вычислительная система – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или вычислительных машин, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенных для автоматизированной обработки дискретных данных по заданному алгоритму.

ЭВМ – совокупность технических устройств, предназначенных для автоматизированной обработки дискретных сообщений по требуемому алгоритму.

Признаки архитектуры фон Неймана

1. Ядро ЭВМ образуют процессор и память, причем процессор является единственным вычислительным устройством в ее структуре, а в памяти хранятся как данные, так и команды без каких-либо различий между ними в режиме и способе доступа;

2. Все команды выполняются последовательно друг за другом. Процессом их выполнения управляет только одно устройство – устройство управления

«Недостатки» архитектуры фон Неймана

1. Последовательное выполнение команд

2. Хранение данных и программы в одном ОЗУ

3. Один канал связи

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 542; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!