Карагандинский экономический университет КазпотребсоюзаКафедра:Цифровая инженерия и IT-АналитикаОтчет по заданию №1По дисциплине:Архитектура и организация компьютерных системВыполнил: студент гр. ВТ-22-1взГоршков А.В.Принял: к.п.н., доцент Султанова Б.К.Караганда, 2022

1. 
   Этапы развития вычислительной техники.
   

Основными этапами становления и развития вычислительной техники являются:1. Ручной - с 50-го тысячелетия до н. э .;2. Механический - с середины XVII века;3. Электромеханический - с девяностых годов XIX века;4. Электронный - с сороковых годов XX века.1. Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации. Он базировался на использовании пальцев рук и ног. Счет с помощью группировки и перекладывания предметов явился предшественником счета на абаке - наиболее развитом счетном приборе древности. Аналогом абака на Руси счетов, дошедших до наших дней. Использование абака предполагает выполнение вычислений по разрядам, то есть наличие некоторой позиционной системы счисления. Вычисления на них проводились путем перемещения счетных костей и камешков (Кальк) в полосковых углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости, цветного стекла. В своей примитивной форме абак был дощечкой (позже он принял вид доски, разделенной на колонки перегородками). На ней проводились линии, разделявшие ее на колонки, а камешки раскладывались в эти колонки по тому же позиционным принципом, по которому кладется число на наши счеты. Это нам известно от ряда греческих авторов.2. Развитие механики в XVII веке стал предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический способ вычислений.Эскиз механического тринадцятиразрядного устройства заключает с десятью колесами был разработан еще Леонардо да Винчи (1452- 1519рр). По этим чертежам в наши дни фирма IBM в целях рекламы построила работоспособную машину. Первая механическая счетная машина была изготовлена ​​в 1623 г.. Профессором математики Вильгельмом Шиккардом (1592-1636рр.). В ней были механизированы операции сложения и вычитания, а умножение и деление выполнялось с элементами механизации. Но машина Шиккарда вскоре сгорела во время пожара. Поэтому биография механических вычислительных устройств ведется от машины, заключает, изготовленной в 1642 Блез Паскаль (1623-1662), в дальнейшем великим математиком и физиком.

---

3. Электромеханический этап развития вычислительной техники является наименее продолжительным и охватывает около 60 лет - от первого табулятора Г.Холлерита к первой ЭВМ "ENIAC".В конце XIX в. были созданы сложные механические устройства. Важнейшим из них был устройство, разработанное американцем Германом Холлеритом. Исключительность его заключалась в том, что в нем впервые была употреблена идея перфокарт и расчеты велись с помощью электрического тока. Это сочетание делало машину настолько работоспособной, что она получила широкое применение в свое время. Например, при перечислении населения в США, проведенного в 1890, Холлерит, с помощью своих машин смог выполнить за три года то, что вручную делалось бы в течении семи лет, причем гораздо большим числом людей.Начало - тридцатые годы XX века - разработка рахунковоаналитичних комплексов, состоящих из четырех основных устройств: перфоратора, контрольника, сортировщика и табулятора. На базе таких комплексов создаются вычислительные центры. В это же время развиваются аналоговые машины.4. Электронный этап, начало которого связывают с созданием в США в конце 1945 электронной вычислительной машины ENIAC американским инженером-электронщиком Дж. П. Эккерт и физиком Дж.У. Моучли.В истории развития ЭВТ принято выделять несколько поколений, каждое из которых имеет свои отличительные признаки и уникальные характеристики. Главное отличие машин разных поколений состоит в элементной базе, логической архитектуре и программном обеспечении, кроме того, они различаются по быстродействию, оперативной памяти, способам ввода и вывода информации.Персональный Компьютер, компьютер, специально созданный для работы в однопользовательском режиме. Появление персонального компьютера напрямую связана с рождением микрокомпьютера.ПК - настольный или портативный компьютер, который использует микропроцессор как единый центральный процессор, выполняющий все логические и арифметические операции. Эти компьютеры относят к вычислительным машинам четвертого и пятого поколения. Помимо ноутбуков, к переносным микрокомпьютеров относят и карманные компьютеры-палмтопы. Основными признаками ПК являются шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другие. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальными знаниями в этой области.

---

2. Понятие архитектуры компьютера.Архитектура компьютера - концептуальная модель компьютерной системы, воплощённая в её компонентах, их взаимодействии между собой и окружением, включающая также принципы её проектирования и развития. Аспекты реализации (например, технология, применяемая при реализации памяти) не являются частью архитектуры.Уровни организацииВыделяют несколько уровней организации компьютера (компьютерной архитектуры), от двух и более:^[3] Схема, иллюстрирующая многоуровневую структуру компьютераУровень 0Цифровой логический уровень, это аппаратное обеспечение машины, состоящий из вентилей. Уровень 1Микроархитектурный уровень, интерпретация (микропрограммы) или непосредственное выполнение. Электронные схемы исполняют машинно-зависимые программы. Совокупность регистров процессора формирует локальную память. Его задача — интерпретация команд уровня 2 (уровня архитектуры команд). В настоящее время на уровне архитектуры команд обычно находятся простые команды, которые выполняются за один цикл (таковы, в частности, RISCмашины).Уровень 2Уровень архитектуры системы команд, трансляция (ассемблер).Уровень 3Уровень операционной системы, трансляция (ассемблер). Это гибридный уровень: одна часть команд интерпретируется операционной системой, а другая — микропрограммой. Уровень 4Уровень языка ассемблера, трансляция (компилятор). Четвертый уровень и выше используется для написания прикладных программ, с первого по третий — системных программ. Программы в удобном для человека виде транслируются на язык уровней 1-3.Уровень 5Язык высокого уровня. Программы на языках высокого уровня транслируются обычно на уровни 3 и 4.КлассификацияПо типу применяемого процессора

• 
  CISC (англ. complex instruction set computing) — архитектура с полным набором команд. Такие процессоры выполняют все команды, простые и сложные, за большое количество тактов. Команд в таких процессорах много, и компиляторы верхнего уровня редко используют все команды.
  
• 
  RISC (англ. reduced instruction set computing) — архитектура с сокращённым набором команд. Такие процессоры, в целом, работают быстрее, чем с CISC-архитектурой, за счёт упрощения архитектуры и сокращения количества команд, но для выполнения сложной команды она составляется из набора простых, что увеличивает время выполнения команды (за большее количество тактов). Стоит отметить, что современные процессоры RISC по внутренней сложности приближаются, а то и превосходят классические CISC аналоги.
  
• 
  MISC (англ. minimal instruction set computing) — архитектура с минимальным набором команд. Такие процессоры имеют минимальное количество команд, все команды простые и требуют небольшого количества тактов на выполнение, но если выполняются сложные вычисления, например, с числами с плавающей запятой, то такие команды выполняются за существенно большее количество тактов, превышающее CISC- и RISC-архитектуры.
  
• 
  VLIW (англ. very long instruction word — «очень длинная машинная команда») — архитектура с длинной машинной командой, в которой указывается параллельность выполнения вычислений. Такие процессоры получили широкое применение в цифровой обработке сигналов.
  

---

3. Архитектура фон Неймана и Гарварда.Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительными признаками которой являются:

• 
  хранилище инструкций и хранилище данных представляют собой разные физические устройства;
  
• 
  канал инструкций и канал данных также физически разделены.
  

Архитектура была разработана Говардом Эйкеном в конце 1930-х годов в Гарвардском университете. В 1930-х годах правительство США поручило Гарвардскому и Принстонскому университетам разработать архитектуру ЭВМ для военно-морской артиллерии. В конце 1930-х годов в Гарвардском университете Говардом Эйкеном была разработана архитектура компьютера Марк I, в дальнейшем называемая по имени этого университета. Оригинальная идея была продемонстрирована Эйкеном компании IBM в октябре 1937 года. Однако победила более простая в реализации разработка Принстонского университета (более известная как архитектура фон Неймана, названная так по имени авторитетного учёного-консультанта и разработчика, первым предоставившего отчётоб архитектуре, к которой пришли в ходе плодотворных дискуссий в команде создателей; авторами же идей, заложенных в этой архитектуре, являлись Джон Преспер Экерт и Джон Уильям Мокли). Гарвардская архитектура использовалась советским учёным А. И. Китовым в ВЦ-1 МО СССР.Типичные операции (сложение и умножение) требуют от любого вычислительного устройства нескольких действий:

• 
  выборку двух операндов;
  
• 
  выбор инструкции и её выполнение;
  
• 
  сохранение результата.
  

Идея, реализованная Эйкеном, заключалась в физическом разделении линий передачи команд и данных. В первом компьютере Эйкена «Марк I» для хранения инструкций использовалась перфорированная лента, а для работы с данными — электромеханические регистры. Это позволяло одновременно пересылать и обрабатывать команды и данные, благодаря чему значительно повышалось общее быстродействие компьютера. В гарвардской архитектуре характеристики устройств памяти для инструкций и памяти для данных не обязательно должны быть одинаковыми. В частности, ширина слова, тактирование, технология реализации и структура адресов памяти могут различаться. В некоторых системах инструкции могут храниться в памяти только для чтения, в то время как для сохранения данных обычно требуется память с возможностью чтения и записи. В некоторых системах требуется значительно больше памяти для инструкций, чем памяти для данных, поскольку данные обычно могут подгружаться с внешней или более медленной памяти. Такая потребность увеличивает битность (ширину) шины адреса памяти инструкций по сравнению с шиной адреса памяти данных.

---

Отличие от архитектуры фон НейманаВ архитектуре фон Неймана процессор в каждый момент времени может либо читать инструкцию, либо читать/записывать единицу данных из/в памяти. Оба действия одновременно происходить не могут, поскольку инструкции и данные используют один и тот же поток (шину). В компьютере с использованием гарвардской архитектуры процессор может считывать очередную команду и оперировать памятью данных одновременно и без использования кэш-памяти. Исходя из физического разделения шин команд и данных, разрядности этих шин могут различаться и физически не могут пересекаться. 4. Параллелизм в архитектуре начального периодаНа сегодняшний день параллелизм в архитектуре компьютеров используется довольно обширно, так для всех современных микропроцессоров характерно использование той или иной параллельной обработки. Это преподносится как последнее слово техники и науки, и это действительно так, если рассматривать реализацию данных принципов в миниатюрных рамках одного кристалла.Вместе с тем, зарождение самих идей появилось довольно давно. Изначально они внедрялись в единичных, самых передовых компьютерах своего времени. Затем, вслед за изменением технологии и удешевлением производства, они стали использоваться и в компьютерах среднего класса. На сегодняшний же день параллелизм в полном объеме воплощен в персональных компьютерах и в рабочих станциях. Рассмотрим исторические тенденции нововведений.IBM 701 (1953), IBM 704 (1955) : разрядно-параллельная память, разрядно-параллельная арифметика. Все самые первые компьютеры (UNIVAC, EDSAC, EDVAC) имели разрядно-последовательную память, считывание слов из которой осуществлялось бит за битом.IBM 709 (1958): независимые процессоры ввода/вывода. Управление ввода/вывода было под контролем самих процессоров. Но, в то время самое быстрое внешнее устройство, магнитная лента, работало со скоростью в 1000 раз меньше скорости процессора, по этому процессор во операций ввода/вывода фактически простаивал. В 1958 г после того, как к IBM 704 присоединили 6 независимых процессоров ввода/вывода, которые могли бы после получения команд работать вместе с основным процессором, компьютер переименовали в IBM 709. Это была весьма популярная модель, было продано порядка 400 экземпляров, последний из которых был выключен в 1975 году.

---

Смотрите также файлы

• Г. Кейкиева Б. Табылды Хаттама 2023 ж 2023 ж.docx

• Защита мобильных приложении.docx

• Туылан кні 06. 04. 1999 лты аза Мекенжайы.docx

• Практикум по мдк. 01. 01 Подготовка металла к сварке пм. 01 Подготовительносварочные работы для студентов по профессии.docx

• Проверить соответствие плавких предохранителей защиты трансформаторов.docx