ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.03.2019
Просмотров: 702
Скачиваний: 3
Тема: Принципы построения ЭВМ
-
История развития ЭВМ
-
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.
-
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.
-
Основные характеристики и классификация компьютеров
-
Основные характеристики
-
-
Быстродействие. Характеризуется числом определённого типа команд, выполняемых ЭВМ за одну секунду.
-
Производительность. Объём работ, выполняемых ЭВМ за одну секунду.
-
Ёмкость запоминающих устройств;
-
Надёжность — способность ЭВМ при определённых условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени.
-
Точность — возможность различать почти равные значения. Точность получения результатов в основном определяется разрядностью ЭВМ.
-
Достоверность. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратно-программными средствами контроля самой ЭВМ. Достоверность — вероятность получения безошибочных результатов.
-
Классификация ЭВМ
По назначению:
-
Супер-ЭВМ. Уникальная сверхпроизводительная система, используемая для решения сложнейших задач.
-
Сервер. Компьютер, предоставляющий свои ресурсы другим пользователям:
-
Сервера приложения (app-server);
-
Файловый сервер;
-
Веб-сервер;
-
Почтовый сервер;
-
Коммуникационный сервер;
-
и т. д.
-
-
Профессиональная рабочая станция. Специализированный высокопроизводительный компьютер, ориентированный на профессиональную деятельность в определённой области с дополнительным оборудованием и специализированным ПО.
-
ПК. Настройка, обслуживание и установка ПО могут выполняться самим пользователем с минимальным привлечением специалиста.
-
Ноутбук;
-
Нетбук;
-
Терминал.
-
Режимы работы ЭВМ
-
Однопрограммный.
-
Мультипрограммирование — одновременно выполнялось несколько программ обработки данных; выполнение 1 из программ осуществлялось в вынужденные перерывы в выполнении других.
-
Разделение времени — мультипрограммный режим, при котором ресурсы ЭВМ распределяет ОС.
-
Режим реального времени.
-
Принципы построения компьютера
-
АЛУ (арифметико-логическое устройство);
-
Устройство управления;
-
I/O;
-
П
амять.
-
Принцип функционирования ЭВМ
-
В ЗУ через УВВ записываются программа и подлежащие обработке данных.
-
Из ЗУ последовательно считываются коды команд.
-
По коду определяется место нахождения обрабатываемых данных и тип команды.
-
Данные извлекаются из ЗУ и выполняются над ними предписанные командой.
-
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.
-
Современный подход к построению ЭВМ
-
Модульность — процессор, модуль памяти; Модульность построения делает ЭВМ открытой системой, способной к адаптации и совершенствованию.
-
Магистральность — в качестве основных средств подключения обьединения модулей в систему используются магистрали (шины).
-
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
-
Назначение и классификация программного обеспечения
Программное обеспечение — совокупность программ, процедур и правил, позволяющих использовать ЭВМ для решения различных задач.
-
Функции программного обеспечения
-
Обеспечить работоспособность ПК и периферийных устройств;
-
Обеспечить взаимодействие пользователя с ПК;
-
Сократить цикл от постановки задачи до получения её результата;
-
Повысить эффективность использования ресурсов ЭВМ.
-
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
-
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.
-
Требования к разработке ПО
-
Наличие модульной структуры;
-
Возможность наращиваемости и развития;
-
Надёжность;
-
Предсказуемость;
-
Удобство и эргономичность;
-
Совместимость;
-
И ерархическая структура ПО
-
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.
-
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.