ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.03.2019

Просмотров: 702

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Тема: Принципы построения ЭВМ

  1. История развития ЭВМ

    1. Краткое описание развития

  • 1642 г. — Паскаль конструирует первую механическую счётную машину;

  • 1830 г. — Английский учёный Бэбидж предложил идею первой программируемой вычислительной машины. Первый реализовал идею перфокарт Холлери; он же изобрёл машину для обработки результатов переписи населения, первым применил электричество для расчётов;

  • 1930 г. — Американский учёный Буш изобрёл первый в мире компьютер («дифференциальный анализатор», по его собственному названию);

  • 1944 г. — появляется компьютер «Mark 1», разработка учёного Айкнема;

  • 1946 г. — первая в мире ЭВМ — Эниак.

    1. Поколения ЭВМ

      Поколение

      Характеристика

      I поколение (1946 – 1960 гг.)

      Основной элемент — электронная лампа. Количество ЭВМ в мире — около нескольких сотен. Носитель информации — перфокарта или перфолента.

      II поколение (1960 – 1964 гг.)

      Основной элемент — транзистор (был изобретён в 1948 г.). Один транзистор заменял 40 электронных ламп. Количество ЭВМ в мире — тысячи. Размеры значительно меньше предыдущего поколения. Носитель информации — магнитная лента. В СССР появляется машина Минск-2 и Урал-14

      III поколение (1964 – 1970 гг.)

      Основной элемент — интегральная схема (ИС — кристалл площадью 1 см2, заменяющий 1 000 транзисторов и равный по мощности Эниак). Количество ЭВМ в мире — десятки тысяч. Размер — мини-ЭВМ. Носитель информации — магнитный диск. Появляется возможность параллельно обрабатывать несколько программ (мультипрограммирование).

      IV поколение (1970 – 1980 гг.)

      Основной элемент — большая интегральная схема (БИС заменяет 1 000 ИС из предыдущего поколения). Количество ЭВМ в мире — миллионы. Размер ЭВМ — микро-ЭВМ. Появляются персональные компьютеры и центральный процессор. Носитель информации — гибкий диск.

      V поколение (1980 гг. – по наше время)

      Основной элемент — сверхбольшая интегральная схема.

  1. Основные характеристики и классификация компьютеров

    1. Основные характеристики

  1. Быстродействие. Характеризуется числом определённого типа команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду.

  2. Производительность. Объём работ, выполняемых ЭВМ за одну секунду.

  3. Ёмкость запоминающих устройств;

  4. Надёжность — способность ЭВМ при определённых условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.

  5. Точность — возможность различать почти равные значения. Точность получения результатов в основном определяется разрядностью ЭВМ.

  6. Достоверность. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратно-программными средствами контроля самой ЭВМ. Достоверность — вероятность получения безошибочных результатов.


    1. Классификация ЭВМ

По назначению:

  1. Супер-ЭВМ. Уникальная сверхпроизводительная система, используемая для решения сложнейших задач.

  2. Сервер. Компьютер, предоставляющий свои ресурсы другим пользователям:

    • Сервера приложения (app-server);

    • Файловый сервер;

    • Веб-сервер;

    • Почтовый сервер;

    • Коммуникационный сервер;

    • и т. д.

  3. Профессиональная рабочая станция. Специализированный высокопроизводительный компьютер, ориентированный на профессиональную деятельность в определённой области с дополнительным оборудованием и специализированным ПО.

  4. ПК. Настройка, обслуживание и установка ПО могут выполняться самим пользователем с минимальным привлечением специалиста.

  5. Ноутбук;

  6. Нетбук;

  7. Терминал.

    1. Режимы работы ЭВМ

      1. Однопрограммный.

      2. Мультипрограммирование — одновременно выполнялось несколько программ обработки данных; выполнение 1 из программ осуществлялось в вынужденные перерывы в выполнении других.

      3. Разделение времени — мультипрограммный режим, при котором ресурсы ЭВМ распределяет ОС.

      4. Режим реального времени.

      1. Принципы построения компьютера

      1. АЛУ (арифметико-логическое устройство);

      2. Устройство управления;

      3. I/O;

      4. П
        амять.

        1. Принцип функционирования ЭВМ

      1. В ЗУ через УВВ записываются программа и подлежащие обработке данных.

      2. Из ЗУ последовательно считываются коды команд.

      3. По коду определяется место нахождения обрабатываемых данных и тип команды.

      4. Данные извлекаются из ЗУ и выполняются над ними предписанные командой.

      5. Находятся под следующей командой.

      Стандартом для построения стал способ описанный Джоном Фон Нейманом в 1945г. Все вычисления предписанные алгоритмом решения задач должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд. Каждая команда содержит код операции и место нахождения операндов. Программы и обрабатываемые данные должны совместно храниться в памяти ЭВМ. Операнды — переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ. Вся информация кодируется двоичными кодами. Выполнение каждой команды программы предполагает многократное обращение к памяти.

        1. Современный подход к построению ЭВМ

      1. Модульность — процессор, модуль памяти; Модульность построения делает ЭВМ открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию.

      2. Магистральность — в качестве основных средств подключения обьединения модулей в систему используются магистрали (шины).

      3. Иерархия управления — децентрализация управления предполагает иерархическую организацию структуры компьютера.

      Г
      лавный (центральный) модуль системы определяет последовательность работ подчиненных модулей и их инициализацию, после чего они продолжают работу по собственным программным управлениям.


      Ядро ПК образуют процессор, основная память (состоит из оперативной памяти — ОП, ПЗУ и видеопамяти). Подключение всех внешних устройств (ВнУ) обеспечивается через адаптеры — то есть согласователи скоростей сопрягаемых устройств — или контроллеры. Контроллеры в ПК играют роль каналов ввода-вывода. КПД — контроллер прямого доступа к оперативной памяти. Шина — общий канал связи. Выделяют шину данных, шину адресов и шину команд. Если все три типа проводников присутствуют, это называется системной шиной. Организацию согласованной работы шин и устройств выполняют микросхемы — системные логи.

      В структуре чипсета выделяют Северный мост (NB) и Южный мост (SB). Северный мост — высокоскоростной, соединяет процессор с оперативной памятью, с видеопамятью и с Южным мостом. Южный мост кроссирует все остальные связи (соединяет USB, внешние устройства и т.д.).



      Тема: Программное обеспечение

      1. Назначение и классификация программного обеспечения

      Программное обеспечение — совокупность программ, процедур и правил, позволяющих использовать ЭВМ для решения различных задач.

        1. Функции программного обеспечения

      1. Обеспечить работоспособность ПК и периферийных устройств;

      2. Обеспечить взаимодействие пользователя с ПК;

      3. Сократить цикл от постановки задачи до получения её результата;

      4. Повысить эффективность использования ресурсов ЭВМ.

        1. Классификация ПО

      Системное ПО обеспечивает организацию и контроль в вычислительных процессах, а так же управление распределением ресурсов во время функционирования ЭВМ.

      Прикладное ПО — совокупность программ, решения задач из различных сфер человеческой деятельности

      Операционная система предназначена для управления процессом разработки программ пользователя, а так же для распределения ресурсов ЭВМ между отдельными программами, процессами и пользователями.

      Операционная оболочка — программа-надстройка к операционной системе, которая обеспечивает доступ пользователя к командам и ресурсам операционной системы посредством более удобного интерфейса.

      Системные утилиты — программы, расширяющие возможности операционных систем и оболочек.

      Системы программирования содержат программные средства, предназначенные для реализации операционных алгоритмов виде некоторой последовательности распознаваемых ЭВМ инструкций.

      Под машинно-зависимыми языками понимают языки, алфавит, синтаксис и семантика которых зависят от системных команд процессора конкретно взятой ЭВМ.

      Средства контроля и диагностики — совокупность программно-аппаратных средств ЭВМ для обнаружения ошибок в процессе работы компьютера

          1. Прикладные пакеты

      Проблемно-ориентированные — комплекс программ, ориентированных на узкий круг решаемых задач.

      Интегрированные — включают в себя инструментальные средства, каждое из которых по функциональным возможностям практически равно проблемно-ориентированным программам.

      Прикладные программы пользователя — создаются самим пользователем с использованием средств программирования, которые есть в его распоряжении.

      1. Требования к разработке ПО

      1. Наличие модульной структуры;

      2. Возможность наращиваемости и развития;

      3. Надёжность;

      4. Предсказуемость;

      5. Удобство и эргономичность;

      6. Совместимость;

      1. И ерархическая структура ПО


        1. I уровень — внутреннее ПО

      I уровень представляет собой программный интерфейс, обеспечивающий взаимосвязь работы компьютера с остальными программами и обслуживающий аппаратные модули.

      Программы, обслуживающие аппаратные модули системы, называются драйверами.

      Программа самотестирования (POST) — предназначена для проверки функциональных модулей вычислительной системы и установки схем компьютера в исходное состояние. При успешном завершении самопроверки управление через прерывание передаётся программе первоначальной загрузки.


        1. II уровень — ОС


      II уровень состоит из двух частей:

      • Резидентная — выводится с помощью программы первоначальной загрузки в оперативную память и хранится там в течение всего сеанса работы машины;

      • Транзитная — находится на внешней памяти (на диске, флешке и т.д.). К ней относятся все используемые команды.

      Интерфейс операционной системы обеспечивает её взаимосвязь с прикладными программами (уровень III), позволяет пользователю взаимодействовать с операционной системой через интерпретатор команд.

      Резидентная часть программ выполняется интерпретатором команд. Для остальных — командный процессор находит их на диске и загружает их в оперативную память.