1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация



страница1/7
Дата09.06.2013
Размер0.71 Mb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5   6   7




1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация


    1. История развития аналоговых вычислительных устройств


Электронно-вычислительные машины (ЭВМ), или компьютеры (от английского слова compute – вычислять, подсчитывать), – одно из самых удивительных творений человека.

История возникновения информационных технологий уходит своими корнями в глу­бокую древность. Первым этапом можно считать изобретение простейшего цифрово­го устройства — счетов. Счеты были изобретены совершенно независимо и практичес­ки одновременно в Древней Греции, Древнем Риме, Китае, Японии и на Руси.

Счеты в Древней Греции назывались абак, то есть доска или еще «саламинская доска» (остров Саламин в Эгейском море). Абак представлял собой посыпанную песком доску с бороздками, на которых камешками обозначались числа. Первая бороздка означала единицы, вторая – десятки и т.д. Во время счета на любой из них могло набраться более 10 камешков, что означало добавление одного камешка в следующую бороздку. В Риме абак существовал в другом виде: деревянные доски заменили мраморными, а шарики также делали из мрамора.

В Китае счеты «суан-пан» немного отличались от греческих и римских. В их основе лежало не число десять, а число пять. В верхней части «суан-пан» находи­лись ряды по пять косточек-единиц, а в нижней части – по две. Если требовалось, скажем, отразить число восемь, в нижней части ставили одну косточку, а в части единиц – три, В Японии существовало аналогичное устройство только название было уже «серобян».

Нa Руси счеты были значительно проще – кучка единиц и кучки десятков с косточками или камешками. Но в XV веке получили распространение «дощатый счет», то есть применение деревянной рамки с горизонтальными веревочками, на которых были нанизаны косточки. Обычные счеты были родоначальниками современных цифровых устройств. Однако, если одни из объектов окружающего материального мира поддавались, то непосредственному счетному, поштучному исчислению, то другие требовали пред­варительного измерения числовых величин. Соответственно, исторически сложи­лись дна направления развития вычислений и вычислительной техники: цифровое и аналоговое.

Аналоговое направление, основанное на исчислении неизвестного физического объекта (процесса) по аналогии с моделью известного объекта (процесса), получило наибольшее развитие в период конца XIX середины XX века. Основоположни­ком аналогового направления является автор идеи логарифмического исчисления шотландский барон Джон Непер, подготовивший в 1611 г. научный фолиант «Описание удивительной таблицы логарифмов». Джон Непер не только теорети­чески обосновал функции, по и разработал практическую таблицу двоичных лога­рифмов.


Принцип изобретения Джона Непера заключается в соответствии логарифма (показателя степени, в которую нужно вознести число) заданному числу. Изобре­тение упростило выполнение операций умножения и деления, так как при умноже­нии достаточно сложить логарифмы чисел. В 1617 г. Непер изобрел способ перемножения чисел с помощью палочек. Специ­альное устройство состояло из разделенных на сегменты стерженьков, которые можно было располагать таким образом, что при сложении чисел в прилегающих друг к другу по горизонтали сегментах получался результат умножения этих чисел.

Несколько позднее англичанин Генри Бриггс составил первую таблицу десятич­ных логарифмов. На основе теории и таблиц логарифмов были созданы первые логарифмические линейки. В 1620 г. англичанин Эдмунд Гюнтер приметет для расчетов на популярном в те времена пропорциональном циркуле специальную пластинку, на которую были нанесены параллельно друг другу логарифмы чисел и тригонометрических величин (так называемые «шкалы Понтера»), В 1623г. Уиль­ям Отред изобрел прямоугольную логарифмическую линейку, а Ричард Деламейн в 1630 г. - круговую. В 1775 г. библиотекарь Джон Робертсоп добавил к линейке «бегунок», облегчающий считывание чисел с разных шкал. И, наконец, в 1851 - 1854 гг. француз Дмедей Манихейм резко изменил конструкцию линейки, придав ей почти что современный вид. Полное господство логарифмической линейки продолжал ось вплоть до 20-30 гг. XX века, пока не появились электрические арифмометры, ко­торые позволяли проводить несложные арифметические вычисления с гораздо большей точностью. Логарифмическая линейка постепенно утратила своп позиции, но оказалась незаменимой для сложных тригонометрических вычислении и потому сохранилась и продолжает использоваться и в наши дни.


    1. Цифровое направление развития


Леонардо да Винчи в начале XVI века создал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубными кольцами. Хотя работающее устройство на основе этих чертежей было построено только XX веке, все же реальность проекта Леонардо да Винчи подтвердилась.

Первая механическая цифровая машина была создана французским философом и механиком Блэзом Паскалем в 1642 г. Назначением этой машины было облегчить работу отца Б.Паскаля – инспектора по сбору налогов. Машина имела вид ящика с многочисленными шестернями, среди которых находилась основ расчетная шестерня. Расчетная шестерня при помощи храпового механизма соединялась с рычагом, отклонение которого позволяло вводить в счетчик однозначные числа и проводить их суммирование. Проводить вычисления с многозначными числами на такой машине было достаточно сложно.

В 1673 г. известный немецкий философ математик Готфрид Вильгельм Лейбниц изобрел механический калькулятор - более совершенную счетную май выполнять основные арифметические действия. При помощи двоичной системы счисления машина могла складывать, вычитать, умножать, делить и извлекать квадратные корни.

В 1820 г. состоялся первый промышленный выпуск цифровых счетных машин – арифмометров. Например, арифмометр Однера позволял делать до 250 действий с четырехзначными цифрами в час.

В начале XIX века француз Жозеф Мари Жаккар применил для управления ткацким станком карту с пробитыми отверстиями (перфокарту). А в 1822г. английский математик Чарльз Бэббидж создал программно-управляемую счетную машину, представляющую собой прототип сегодняшних периферийных устройств ввода и печати.

В конце 80-х г. XIX века американец Герман Холлерит разработал статистический табулятор, способный автоматически обрабатывать перфокарты. К середине XX века лучшие модели перфокомплексов обрабатывали до 650 перфокарт в минуту, и могли в течении часа перемножать 870 восьмизначных чисел.

В 1943-1946 г.г. в Пенсильванском университете при участии знаменитого математика Джона фон Неймана была создана ламповая вычислительная машина ENIAC, которая содержала 18 тыс. ламп и потребляла 150кВт электроэнергии в час. В процессе работы над ламповой машиной Нейман опубликовал доклад (1945 г.), являющийся одним из наиболее важных научных документов теории развития вычислительной техники. В докладе были обоснованы принципы устройства и функционирования универсальных вычислительных машин нового поколения — компьютеров.

Компьютеры первого поколения характерны применением вакуумно-ламповой технологии, систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанов и электронно-лучевых трубок Вильямса. Данные вводились с помощью перфолент, перфокарт и магнитных лент с хранимыми программами. Использовались печатающие устройства. Быстродействие компьютеров первого поколения не превышало 20 тыс. операций в секунду. Вплоть до середины 50-х гг. XX века в промышленном масштабе выпускались ламповые машины.

В 1948 г. был изобретен транзистор, 1954 для изготовления транзистора был применен кремний, а с 1955 – стали выпускаться компьютеры на транзисторах (второе поколение, до 500 тыс.операций в секунду)

В 1958 г. была изобретена первая интегральная микросхема и первая промышленная интегральная микросхема (Chip), а в 1964г. были разработаны компьютеры третьего поколения с применением электронных микросхем малой и средней степени интеграции. (IBM 360, ЕС ЭВМ)

1971 г – первый микропроцессор Intel 4044. С середины 70гг. были разработаны компьютеры четвертого поколения, характерные использованием больших и сверхбольших интегральных схем. Их производительность – сотни миллионов операций в секунду.

С 1982г. ведутся разработки компьютеров пятого поколения. Их основой является ориентация на обработку знаний.

Кратко характеризуя темпы развития вычислительной техники, можно сослаться на образное сравнение в журнале «Сайнтифик Америкэн» (декабрь 1982г): Если бы авиационная промышленность в последние 25 лет развивалась столь стремительно, как и промыш­ленность средств вычислительной техники, то сейчас самолет «Боинг-767» стоил бы 500 долларов, совершал бы облет земного шара за 20 минут, затрачивая при этом 5 галлонов (примерно 20 литров) топлива». Приведенные цифры весьма ярко отражают относительное снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ.

1.3. Принципы построения компьютера
Электронная вычислительная машина, или компьютер - это комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей (рис.1.1.1). Под пользователем понимают человека, в интересах которого проводится обработка данных. В качестве пользователя могут выступать заказчики вычислительных работ, программисты, операторы. Как правило, время подготовки задач во много раз превышает время их решения.

Структура, согласно энциклопедии, представляет собой совокупность элементов и их связей. В зависимости от контекста различают структуры технических, программных, аппаратно-программных и информационных средств.

Часть, программных средств обеспечивает взаимодействие пользователя с ЭВМ и является своеобразным «посредником» между ними. Она получила название операционная система и является ядром программного обеспечения ЭВМ.

Под программным обеспечением будем понимать комплекс программных средств регулярного применения, предназначенный для создания необходимого сервиса для рабо­ты пользователей.
В общем случае процесс подготовки и решения на ЭВМ предусматривает обязательное выполнение следующей последовательности этапов:

  1. формулировка проблемы и математическая постановка задачи;

  2. выбор метода и разработка алгоритма решения;

  3. программирование (запись алгоритма) с использованием некоторого алгоритмического языка;

  4. планирование и организация вычислительного процесса — порядка и последовательности использование ресурсов ЭВМ и ВС;

  5. формирование «машинной программы», то есть программы, которую непосредственно будет выполнять ЭВМ;

  6. собственно решение задачи - выполнение вычислений по готовой программе.

По мере развития вычислительной техники автоматизация этих этапов идет снизу вверх.

  1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация iconЛекция № этапы развития вычислительной техники. Классификация современных ЭВМ. Архитектура персональных ЭВМ
Одним из первых устройств (V iv вв до н э.), облегчавших вычисления, можно считать абак. Это специальная доска с углублениями, вычисления...
1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация icon"История развития вычислительной техники. Поколения эвм"
Цель урока: познакомить учащихся с историей развития вычислительной техники от абака до компьютера, дать классификацию ЭВМ по элементной...
1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация iconИстория развития вычислительной техники. Поколения ЭВМ
Знакомство учащихся с событиями и факторами, оказавшими влияние на темпы развития вычислительной техники
1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация iconЛекция №2 По дисциплине Компьютерные технологии в экономической науке и образовании
Цель занятия: дать систематизированные основы научных знаний по месту аппаратного обеспечения ЭВМ в структуре информатики, истории...
1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация iconЗанятие №1 Сферы использования вычислительной техники. Системы автоматизированного проектирования
...
1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация iconО создании ЭВМ "Днепр". Отрывок из книги Б. Н. Малиновского "История вычислительной техники в лицах"
Сейчас все увлекаются специализацией. Но проектировать ЭВМ долго, она к моменту создания устареет, а внести изменения в специализированную...
1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация iconКонспект лекций по курсу "Микропроцессоры и микро-эвм в Персональной электронике" для студентов специальности 2008
В последнее десятилетие наметилась четкая тенденция повышения роли вычислительной техники во всей жизни современного человека. Недаром...
1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация icon1. Структура ЭВМ. Основные характеристики устройств ЭВМ
Функциональная и структурная организция вм базируется на определенных принципах,состовляющих методоогическую основу цифровой вычислительной...
1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация iconПоказать развитие и классификацию однопроцессорных архитектур
По мере развития вычислительной техники архитектура фон Неймана обогатилась сначала конвейером команд (рис. 2), а затем многофункциональной...
1. Развитие вычислительной техники. Архитектура ЭВМ и их классификация iconКонтрольные вопросы по дисциплине "Микропроцессорные устройства систем управления"
Основные блоки цифровой вычислительной машины, их назначение. Поясните принцип организации вычислительного процесса. Типы архитектур...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org