Файл: В юридической деятельности.docx

Шифратор (кодер) – это логическое устройство, которое преобразует единичный сигнал на одном из входов в n-разрядный двоичный код. Наибольшее применение он находит в устройствах ввода информации для преобразования десятичных чисел в двоичную систему счисления.

Дешифратор (декодер)– это логическое устройство, преобразующее двоичный код, поступающий на его входы, в сигнал только на одном из его выходов. Дешифраторы широко применяются в устройствах управления, в системах цифровой индикации с газоразрядными индикаторами, для построения распределителей импульсов по различным цепям и т.д. Схема используется для перевода двоичных цифр в десятичные.

Функциональная схема компьютера, состоящая из триггеров, предназначенная для запоминания многоразрядных кодов и выполнения над ними некоторых логических преобразований называется регистром.

Упрощенно регистр можно представить как совокупность ячеек, в каждой из которых может быть записано одно из двух значений: 0 или 1, то есть один разряд двоичного числа.

С помощью регистров можно выполнять следующие операции: установку, сдвиг, преобразование. Основными типами регистров являются параллельные и последовательные (сдвигающие).

Совокупность регистров, используемых ЭВМ для запоминания программы работы, исходных и промежуточных результатов называется оперативной памятью.

Регистры содержатся в различных вычислительных узлах компьютера – процессоре, периферийных устройствах и т.д.

Таким образом, регистр – это устройство, предназначенное для хранения многоразрядного двоичного числового кода, которым можно представлять и адрес, и команду, и данные.

Существует несколько типов регистров, отличающихся видом выполняемых операций.

Некоторые важные регистры имеют свои названия, например:

сдвиговый регистр – предназначен для выполнения операции сдвига;

счетчики – схемы, способные считать поступающие на вход импульсы. К ним относятся Т-триггеры (название от англ. tumble – опрокидываться). Этот триггер имеет один счетный вход и два выхода. Под действием сигналов триггер меняет свое состояние с нулевого на единичное и наоборот. Число перебрасываний соответствует числу поступивших сигналов;

---

счетчик команд – регистр устройства управления процессора (УУ), содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды; служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти;

регистр команд – регистр УУ для хранения кода команды на период времени, необходимый для ее выполнения. Часть его разрядов используется для хранения кода операции, остальные – для хранения кодов адресов операндов.

---

Тема 3. Технические аспекты реализации информационных технологий

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Эволюция и тенденции развития технического обеспечения компьютерных систем.

2. Внешние устройства персонального компьютера.

2.1 Системный блок.

2.2 Монитор.

2.3 Клавиатура.

2.4 Компьютерная мышь.

3. Внутренние устройства персонального компьютера.

3.1 Системная плата.

3.2 Компьютерная шина.

3.3 Процессор.

3.4 Внутренняя память.

3.5 Видеокарта.

3.6 Жесткий диск.

3.7 Оптические приводы.

1. Эволюция и тенденции развития технического обеспечения компьютерных систем

Анализируя раннюю историю вычислительной техники, некоторые зарубежные исследователи нередко в качестве древнего предшественника компьютера называют механическое счетное устройство абак. Древнегреческий абак представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проводились бороздки, на которых камешками обозначались числа. Римляне усовершенствовали абак (рис. 1), перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками.
Абак или в дальнейшем счеты сохранились до эпохи Возрождения, а в видоизмененном виде, сначала как «дощатый счет» и как русские счеты – до наших дней. Абак удобно использовать для выполнения операций сложения и вычитания, умножение и деление выполнять при помощи абака гораздо сложнее.

Подход «от абака» свидетельствует о глубоком методическом заблуждении, поскольку абак не обладает свойством автоматического выполнения вычислений, а для компьютера оно определяющее.

В то же время хорошо знаком другой прибор, способный автоматически выполнять вычисления – часы. Независимо от принципа действия, все виды часов (песочные, водяные, механические, электрические, электронные и др.) обладают способностью генерировать через равные промежутки времени перемещения или сигналы и регистрировать возникающие при этом изменения, то есть выполнять автоматическое суммирование сигналов или перемещений.

В основе любого современного компьютера, как и в электронных часах, лежит тактовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютерной системы. Управление компьютером фактически сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Такое управление может производиться автоматически (в этом случае говорят о

---

программном управлении) или вручную с помощью внешних органов управления – кнопок, переключателей, перемычек и т.п. (в ранних моделях). В современных компьютерах внешнее управление в значительной степени автоматизировано с помощью специальных аппаратно-логических интерфейсов, к которым подключаются устройства управления и ввода данных (клавиатура, мышь, джойстик и другие). В отличие от программного управления такое управление называют интерактивным.

Революцию в области механизации умножения и деления, и соответственно в области ИТ обработки информации, совершил шотландский математик Джон Непер. В 1617 году Джон Непер создал деревянную машину для умножения с использованием логарифмов (рис. 2).
Особенно интересно изобретение Непером счетной доски для умножения, деления, возведения в квадрат, извлечения квадратного корня в двоичной системе счисления. В 1622 году, используя принцип действия этого устройства, Вильям Оугтред разработал логарифмическую линейку, которая в 19-20 веках стала основным инструментом инженеров.

Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на базе механических часов. В 1623 году его разработал Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия). Причиной, побудившей Шиккарда разработать счетную машину для суммирования и умножения шестиразрядных десятичных чисел, было его знакомство с польским астрономом И. Кеплером. Ознакомившись с работой великого астронома, связанной в основном с вычислениями, Шиккард загорелся идеей оказать ему помощь в нелегком труде. В письме на его имя, отправленном в 1623 г., он приводит рисунок машины (рис. 3) и рассказывает, что она устроена на базе шестиразрядного десятичного вычислителя, состоявшего также из зубчатых колес, рассчитанного на выполнение сложения, вычитания, а также табличного умножения и деления.

В наши дни рабочая модель устройства была воспроизведена по чертежам и подтвердила свою работоспособность. Сам изобретатель в письмах называл машину «суммирующими часами».
В 1642 году французский механик Блез Паскаль (1623-1662) разработал более компактное суммирующее устройство (рис. 4), которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно (главным образом для нужд парижских ростовщиков и менял).
В 1673 г. другой великий европеец, немецкий ученый Вильгельм Готфрид Лейбниц (1646-1716), создает счетную машину для сложения и умножения двенадцатиразрядных десятичных чисел (рис. 5). К зубчатым колесам он добавил ступенчатый валик, позволяющий осуществлять умножение и деление.

---

Первый коммерческий механический калькулятор был создан Чарльзом Томасом – в 1820 году. Она выполняла операции сложения, вычитания, умножения и деления.
На протяжении XVIII века, известного как эпоха Просвещения, появились новые, более совершенные модели, но принцип механического управления вычислительными операциями оставался тем же. Идея программирования вычислительных операций пришла из той же часовой промышленности. Старинные монастырские башенные часы были настроены так, чтобы в заданное время включать механизм, связанный с системой колоколов. Такое программирование было жестким – одна и та же операция выполнялась в одно и то же время. Идея гибкого программирования механических устройств с помощью перфорированной бумажной ленты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке Жаккарда, после чего оставался только один шаг до программного управления вычислительными операциями.

Этот шаг был сделан выдающимся английским математиками изобретателем Чарльзом Бэббиджем (1792-1871).

Именно профессора математики Кембриджского университета Чарльза Бэббиджа считают первым ученым предложившим использовать принцип программного управления для автоматического выполнения арифметических вычислений. Разочарованный большим количеством ошибок в вычислениях Королевского Астрономического Общества, Бэббидж пришел к мысли о необходимости автоматизации вычислений. Первая попытка реализации такой машины была предпринята Бэббиджем в 1822 г., когда он создал машину, предназначенную для решения дифференциальных уравнений, названную “разностной машиной”.

Работа модели основывалась на принципе, известном в математике как «метод конечных разностей». Аналитическая машина (так назвал ее Бэббидж) (рис.7) явилась механическим прототипом появившихся спустя столетие ЭВМ. В ней предполагалось иметь те же, что и в ЭВМ, пять основных устройств: арифметическое, памяти, управления, ввода, вывода. Для арифметического устройства Ч. Бэббидж использовал зубчатые колеса, подобные тем, что использовались ранее. На них же Ч. Бэббидж намеревался построить устройство памяти из 1000 50-разрядных регистров (по 50 колес в каждом). Программа выполнения вычислений записывалась на перфокартах (пробивками), на них же записывались исходные данные и результаты вычислений. В число операций, помимо четырех арифметических, была включена операция условного перехода и операции с кодами команд. Автоматическое выполнение программы вычислений обеспечивалось устройством управления. Время сложения двух 50-разрядных десятичных чисел составляло, по расчетам ученого, 1 с., умножения – 1 мин. Движение механических частей машины должен был осуществлять паровой двигатель. Большая, как локомотив, машина должна была автоматически выполнять вычисления и печатать результаты. Программы вычислений на машине Беббиджа, составленные дочерью Байрона Адой Августой Лавлейс (1815-1852), поразительно схожи с программами, составленными впоследствии для первых ЭВМ. Не случайно именем этой замечательной женщины назвали одну из первых систем программирования. Большая разностная машина так и не была построена до конца. В 1871 году Бэббидж изготовил опытный образец арифметического устройства («завода») аналитической машины и принтера. Технические трудности, с которыми пришлось встретиться при реализации, не позволили осуществить проект, поэтому Бэббидж не опубликовал проект полностью, а ограничился описанием его в своих лекциях, чертежах и рисунках.

---