Реферат основы функционирования эвм

Обновлено: 20.05.2024

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки информации, называют вычислительной техникой.

Содержание

Введение
Глава 1. Принципы, определяюшие архитектуру компьютера
Глава 2. Классификация компьютеров.
2.1. Методы классификации компьютеров
2.2. Классификация по назначению
2.2.1. Большие ЭВМ (Main Frame)
2.2.2. МиниЭВМ
2.2.3. МикроЭВМ
2.2.4. Персональные компьютеры
2.3. Классификация по уровню специализации
2.4. Классификация по размеру
2.5. Классификация по совместимости
Заключение
Список использованных источников

Введение.

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки информации, называют вычислительной техникой. Конкретный набор, связанных между собою устройств, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер.

Компьютер — это электронное устройство, которое выполняет операции ввода информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком. За любую из названных операций отвечают специальные блоки компьютера:

устройство ввода,
центральный процессор,
запоминающее устройство,
устройство вывода.

Все эти блоки состоят из отдельных меньших устройств. В частности, в центральный процессор могут входить арифметико-логическое устройство (АЛУ), внутреннее запоминающее устройство в виде регистров процессора и внутренней кэш-памяти, управляющее устройство (УУ). Устройство ввода, как правило, тоже не является одной конструктивной единицей. Поскольку виды входной информации разнообразны, источников ввода данных может быть несколько. Это касается и устройств вывода.

Запоминающее устройство — это блок ЭВМ, предназначенный для временного (оперативная память) и продолжительного (постоянная память) хранения программ, входных и результирующих данных, а также промежуточных результатов. Информация в оперативной памяти сохраняется временно лишь при включенном питании, но оперативная память имеет большее быстродействие. В постоянной памяти данные могут сохраняться даже при отключенном компьютере, но скорость обмена данными между постоянной памятью и центральным процессором, в подавляющем большинстве случаев, значительно меньше.

Арифметико-логическое устройство — это блок ЭВМ, в котором происходит преобразование данных по командам программы: арифметические действия над числами, преобразование кодов и др.

Управляющее устройство координирует работу всех блоков компьютера. В определенной последовательности он выбирает из оперативной памяти команду за командой. Каждая команда декодируется, по потребности элементы данных из указанных в команде ячеек оперативной памяти передаются в АЛУ; АЛУ настраивается на выполнение действия, указанной текущей командой (в этом действии могут принимать участие также устройства ввода-вывода); дается команда на выполнение этого действия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не возникнет одна из следующих ситуаций: исчерпаны входные данные, от одного из устройств поступила команда на прекращение работы, выключено питание компьютера.

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Глава 1. Принципы.

Описанный принцип построения ЭВМ носит название архитектуры фон Неймана.

Современную архитектуру компьютера определяют следующие принципы:

Принцип программного управления. Обеспечивает автоматизацию процесса вычислений на ЭВМ. Согласно этому принципу, для решения каждой задачи составляется программа, которая определяет последовательность действий компьютера. Эффективность программного управления будет выше при решении задачи этой же программой много раз (хотя и с разными начальными данными).
Принцип программы, сохраняемой в памяти. Согласно этому принципу, команды программы подаются, как и данные, в виде чисел и обрабатываются так же, как и числа, а сама программа перед выполнением загружается в оперативную память, что ускоряет процесс ее выполнения.
Принцип произвольного доступа к памяти. В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.

На основании этих принципов можно утверждать, что современный компьютер — техническое устройство, которое после ввода в память начальных данных в виде цифровых кодов и программы их обработки, выраженной тоже цифровыми кодами, способно автоматически осуществить вычислительный процесс, заданный программой, и выдать готовые результаты решения задачи в форме, пригодной для восприятия человеком.

Реальная структура компьютера значительно сложнее, чем рассмотренная выше (ее можно назвать логической структурой). В современных компьютерах, в частности персональных, все чаще происходит отход от традиционной архитектуры фон Неймана, обусловленный стремлением разработчиков и пользователей к повышению качества и производительности компьютеров. Качество ЭВМ характеризуется многими показателями. Это и набор команд, которые компьютер способный понимать, и скорость работы (быстродействие) центрального процессора, количество периферийных устройств ввода-вывода, присоединяемых к компьютеру одновременно и т.д. Главным показателем является быстродействие — количество операций, какую процессор способен выполнить за единицу времени. На практике пользователя больше интересует производительность компьютера — показатель его эффективного быстродействия, то есть способности не просто быстро функционировать, а быстро решать конкретные поставленные задачи.

Как результат, все эти и прочие факторы способствуют принципиальному и конструктивному усовершенствованию элементной базы компьютеров, то есть созданию новых, более быстрых, надежных и удобных в работе процессоров, запоминающих устройств, устройств ввода-вывода и т.д. Тем не менее, следует учитывать, что скорость работы элементов невозможно увеличивать беспредельно (существуют современные технологические ограничения и ограничения, обусловленные физическими законами). Поэтому разработчики компьютерной техники ищут решения этой проблемы усовершенствованием архитектуры ЭВМ.

Так, появились компьютеры с многопроцессорной архитектурой, в которой несколько процессоров работают одновременно, а это означает, что производительность такого компьютера равняется сумме производительностей процессоров. В мощных компьютерах, предназначенных для сложных инженерных расчетов и систем автоматизированного проектирования (САПР), часто устанавливают два или четыре процессора. В сверхмощных ЭВМ (такие машины могут, например, моделировать ядерные реакции в режиме реального времени, прогнозировать погоду в глобальном масштабе) количество процессоров достигает нескольких десятков.

Скорость работы компьютера существенным образом зависит от быстродействия оперативной памяти. Поэтому, постоянно ведутся поиски элементов для оперативной памяти, затрачивающих меньше времени на операции чтения-записи. Но вместе с быстродействием возрастает стоимость элементов памяти, поэтому наращивание быстродействующей оперативной памяти нужной емкости не всегда приемлемо экономически.

Проблема решается построением многоуровневой памяти. Оперативная память состоит из двух-трех частей: основная часть большей емкости строится на относительно медленных (более дешевых) элементах, а дополнительная (так называемая кэш-память) состоит из быстродействующих элементов. Данные, к которым чаще всего обращается процессор находятся в кэш-памяти, а больший объем оперативной информации хранится в основной памяти.

Нужна помощь в написании реферата?

Раньше работой устройств ввода-вывода руководил центральный процессор, что занимало немало времени. Архитектура современных компьютеров предусматривает наличие каналов прямого доступа к оперативной памяти для обмена данными с устройствами ввода-вывода без участия центрального процессора, а также передачу большинства функций управления периферийными устройствами специализированным процессорам, разгружающим центральный процессор и повышающим его производительность.

Глава 2. Классификация компьютеров.

2.1. Методы классификации компьютеров

Номенклатура видов компьютеров сегодня огромная: машины различаются по назначению, мощности, размерам, элементной базе и т.д. Поэтому классифицируют ЭВМ по разным признакам. Следует заметить, что любая классификация является в некоторой мере условной, поскольку развитие компьютерной науки и техники настолько бурное, что, например, сегодняшняя микроЭВМ не уступает по мощности миниЭВМ пятилетней давности и даже суперкомпьютерам недавнего прошлого. Кроме того, зачисление компьютеров к определенному классу довольно условно через нечеткость разделения групп, так и вследствии внедрения в практику заказной сборки компьютеров, где номенклатуру узлов и конкретные модели адаптируют к требованиям заказчика. Рассмотрим распространенные критерии классификации компьютеров.

2.2. Классификация по назначению

большие электронно-вычислительные машины (ЭВМ);
миниЭВМ;
микроЭВМ;
персональные компьютеры.

2.2.1. Большие ЭВМ (Main Frame)

Применяют для обслуживания крупных областей народного хозяйства. Они характеризуются 64-разрядными параллельно работающими процессорами (количество которых достигает до 100), интегральным быстродействием до десятков миллиардов операций в секунду, многопользовательским режимом работы. Доминирующее положение в выпуске компьютеров такого класса занимает фирма IBM (США). Наиболее известными моделями суперЭВМ являются: IBM 360, IBM 370, IBM ES/9000, Cray 3, Cray 4, VAX-100, Hitachi, Fujitsu VP2000.

На базе больших ЭВМ создают вычислительный центр, который содержит несколько отделов или групп. Штат обслуживания — десятки людей.

Центральный процессор — основной блок ЭВМ, в котором происходит обработка данных и вычисление результатов. Представляет собой несколько системных блоков в отдельной комнате, где поддерживается постоянная температура и влажность воздуха.

Группа системного программирования — занимается разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения, необходимого для функционирования вычислительной системы. Системные программы обеспечивают взаимодействие программ с оборудованием, то есть программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы.

Группа прикладного программирования — занимается созданием программ для выполнения конкретных действий с данными, то есть обеспечение пользовательского интерфейса вычислительной системы.

Группа подготовки данных — занимается подготовкой данных, которые будут обработаны на прикладных программах, созданных прикладными программистами. В частности, это набор текста, сканирование изображений, заполнение баз данных.

Нужна помощь в написании реферата?

Группа технического обеспечения — занимается техническим обслуживанием всей вычислительной системы, ремонтом и отладкой аппаратуры, подсоединением новых устройств.

Группа информационного обеспечения — обеспечивает технической информацией все подразделения вычислительного центра, создает и сохраняет архивы разработанных программ (библиотеки программ) и накопленных данных (банки данных).

Отдел выдачи данных — получает данные от центрального процессора и превращает их в форму, удобную для заказчика (распечатка).

Большим ЭВМ присуща высокая стоимость оборудования и обслуживания, поэтому работа организована непрерывным циклом.

2.2.2. МиниЭВМ

Похожа на большие ЭВМ, но меньших размеров. Используют на крупных предприятиях, научных учреждениях и организациях. Часто используют для управления производственными процессами. Характеризуются мультипроцессорной архитектурой, подключением до 200 терминалов, дисковыми запоминающими устройствами, которые наращиваются до сотен гигабайт, разветвленной периферией. Для организации работы с миниЭВМ, нужен вычислительный центр, но меньший чем для больших ЭВМ.

2.2.3. МикроЭВМ

Доступны многим учреждениям. Для обслуживания достаточно вычислительной лаборатории в составе нескольких человек, с наличием прикладных программистов. Необходимые системные программы покупаются вместе с микроЭВМ, разработку прикладных программ заказывают в больших вычислительных центрах или специализированных организациях.

Программисты вычислительной лаборатории занимаются внедрением приобретенного или заказанного программного обеспечения, выполняют его настройку и согласовывают его работу с другими программами и устройствами компьютера. Могут вносить изменения в отдельные фрагменты программного и системного обеспечения.

2.2.4. Персональные компьютеры

Бурное развитие приобрели в последние 20 лет. Персональный компьютер (ПК) предназначен для обслуживания одного рабочего места и способен удовлетворить потребности малых предприятий и отдельных лиц. С появлением Интернета популярность ПК значительно возросла, поскольку с помощью персонального компьютера можно пользоваться научной, справочной, учебной и развлекательной информацией.
Персональные компьютеры условно можно поделить на профессиональные и бытовые, но, в связи с удешевлением аппаратного обеспечения, грань между ними размывается. С 1999 года введен международный сертификационный стандарт — спецификация РС99:

Нужна помощь в написании реферата?

массовый персональный компьютер (Consumer PC)
деловой персональный компьютер (Office PC)
портативный персональный компьютер (Mobile PC)
рабочая станция (WorkStation)
развлекательный персональный компьютер (Entertaiment PC)

Большинство персональных компьютеров на рынке подпадают до категории массовых ПК. Деловые ПК — имеют минимум средств воспроизведения графики и звука. Портативные ПК отличаются наличием средств коммуникации отдаленного доступа (компьютерная связь). Рабочие станции — увеличенные требования к устройствам хранения данных. Развлекательные ПК — основной акцент на средствах воспроизведения графики и звука.

2.3. Классификация по уровню специализации

На базе универсальных ПК можно создать любую конфигурацию для работы с графикой, текстом, музыкой, видео и т.п.. Специализированные ПК созданы для решения конкретных задач, в частности, бортовые компьютеры в самолетах и автомобилях. Специализированные миниЭВМ для работы с графикой (кино- видеофильмы, реклама) называются графическими станциями. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры в единую сеть, называются файловыми серверами. Компьютеры, обеспечивающие передачу информации через Интернет, называются сетевыми серверами.

2.4. Классификация по размеру

настольные (desktop);
портативные (notebook);
карманные (palmtop).

2.5. Классификация по совместимости

Существует великое множество типов компьютеров, которые собираются из деталей, изготовленных разными производителями. Важным является совместимость обеспечения компьютера:

аппаратная совместимость (платформа IBM PC и Apple Macintosh)
совместимость на уровне операционной системы;
программная совместимость;
совместимость на уровне данных.

Список использованных источников

Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) — быстродействующие вычислительные машины, решающие математические и логические задачи с большой точностью при выполнении в секунду несколько десятков тысяч операций. Техническая основа ЭВМ — электронные схемы. В ЭВМ есть запоминающее устройство (память), предназначенное для приема, хранения и выдачи информации, арифметическое устройство для операций над числами и устройство управления. Каждая машина имеет определенную систему команд.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

I поколение ЭВМ

Принято считать, что первое поколение ЭВМ появилось в ходе Второй мировой войны после 1943 года, хотя первым работающим представителем следовало бы считать машину V-1 (Z1) Конрада Цузе, продемонстрированную друзьям и Гг родственникам в 1938 году. Это была первая электронная (построенная на самодельных аналогах реле) машина, капризная в обращении и ненадёжная в вычислениях. В мае 1941 года в Берлине Цузе представил машину Z3, вызвавшую восторг у специалистов. Несмотря на ряд недостатков, это был первый компьютер, который, при других обстоятельствах, мог бы иметь коммерческий успех. Однако первыми ЭВМ считаются английский Colossus (1943 г.) и американский ENIAC (1945 г.). ENIAC был первым компьютером на вакуумных лампах.

Элементная база – электронно-вакуумные лампы .
Соединение элементов – навесной монтаж проводами .
Габариты – ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов .
Быстродействие – 10-20 тыс. операций в секунду .
Эксплуатация – сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.
Программирование – машинные коды .
Оперативная память – до 2 Кбайт .
Ввод и вывод данных с помощью перфокарт, перфолент .

Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ. Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода. Совершенствование и удешевление ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости автоматизированного решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т.е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени. Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т.е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса. Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства - системное ПО. Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет). К отечественным ЭВМ второго поколения относятся Проминь, Минск, Раздан, Мир.

Элементная база – полупроводниковые элементы (транзисторы) .
Соединение элементов – печатные платы и навесной монтаж .
Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек .
Быстродействие – 100-500 тыс. операций в секунду .
Эксплуатация – вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность – оператор ЭВМ.
Программирование – на алгоритмических языках, появление ОС .
Оперативная память – 2 – 32 Кбайт .
Введен принцип разделения времени .
Введен принцип микропрограммного управления .
Недостаток – несовместимость программного обеспечения .

Элементная база – интегральные схемы .
Соединение элементов – печатные платы .
Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек .
Быстродействие – 1-10 мил. операций в секунду .
Эксплуатация – вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность – системный программист.
Программирование – алгоритмические языки, ОС .
Оперативная память – 64 Кбайт .
Применяется принцип разделения времени, принцип модульности, принцип микропрограммного управления, принцип магистральности .
Появление магнитных дисков , дисплеев, графопостроителей.

К сожалению, начиная с середины 1970-х годов стройная картина смены поколений нарушается. Все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего, за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров. Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные схемы (БИС. В одном кристалле интегрированно до 100 тысяч элементов). Быстродействие этих машин составляло десятки млн. операций в секунду, а оперативная память достигла сотен Мб. Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ. Стало возможным коммунальное использование мощности разных машин (соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени). Однако, есть и другое мнение - многие полагают, что достижения периода 1975-1985 г.г. не настолько велики, чтобы считать его равноправным поколением. Сторонники такой точки зрения называют это десятилетие принадлежащим "третьему-с половиной" поколению компьютеров. И только с 1985г., когда появились супербольшие интегральные схемы (СБИС. В кристалле такой схемы может размещаться до 10 млн. элементов.), следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения, здравствующего и по сей день.

Развитие ЭВМ 4-го поколения пошло по 2-м направлениям:

Элементная база – большие интегральные схемы (БИС) .
Соединение элементов – печатные платы .
Габариты – компактные ЭВМ, ноутбуки .
Быстродействие – 10-100 млн. операций в секунду .
Эксплуатация – многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ .
Программирование – базы и банки данных .
Оперативная память – 2-5 Мбайт .
Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети.

К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую судьбу ранних исследований в области искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены впустую, проект прекращен, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако, проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом. Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области. Многие успехи, которых достиг искусственный интеллект, используют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для задач классификации (фильтрация СПАМа, категоризация текста и т.д.). Добросовестно служат человеку генетические алгоритмы (используются, например, для оптимизации портфелей в инвестиционной деятельности), робототехника (промышленность, производство, быт - везде она приложила свою кибернетическую руку), а также многоагентные системы. Не дремлют и другие направления искусственного интеллекта, например распределенное представление знаний и решение задач в интернете: благодаря им в ближайшие несколько лет можно ждать революции в целом ряде областей человеческой деятельности.

Электронной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).
В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний, создание экспертных систем .
Архитектура будет содержать два блока :

Интеллектуальный интерфейс , задача которого понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.

ГОСТ

Первые ЭВМ — это первые версии технического, аппаратного и программного обеспечения, которое предназначалось для производства вычислений.

Введение

Минуло всего около пятидесяти лет со дня появления первой электронной вычислительной машины. За этот относительно небольшой для общественного прогресса промежуток времени поменялось несколько поколений компьютеров, а первые электронные вычислительные машины превратились в музейную редкость. История совершенствования вычислительной техники весьма интересна, так как демонстрирует плотную взаимную связь математики и физики с современными технологическими новшествами, степень совершенства которых предопределяет развитие выпуска вычислительных устройств.

Электронные вычислительные машины прошли в своём развитии несколько этапов. Для компьютерных устройств свойственна частая смена поколений, за столь небольшое по историческим меркам время их сменилось уже четыре, и сегодня в эксплуатации находится пятое поколение компьютеров. Главными отличительными признаками каждого поколения является его элементная база и важнейшие рабочие характеристики. Но при этом всё равно разделение компьютеров на поколения несколько условное. Есть отдельные компьютерные модели, которые по разным признакам можно отнести к разным поколениям. И, тем не менее, невзирая на эту условность, каждое новое поколение электронных вычислительных машин являлось качественным скачком в прогрессе этой сферы.

Особенности функционирования первых ЭВМ

Под электронной вычислительной машиной понимается набор технических модулей, в котором главные рабочие компоненты собраны на элементах электроники и который предназначен для автоматической работы с данными при решении разных задач по вычислениям и обработке информации.

Готовые работы на аналогичную тему

В первом поколении ЭВМ, которое относится к периоду с 1944-го по 1954 год, в качестве основных компонентов использовались электронные лампы.

Электронной лампой является устройство, которое работает на принципе колебаний интенсивности электронного потока, перемещающегося в вакуумном пространстве стеклянной колбы по направлению от катода к аноду. Образование потока электронов осуществляется посредством термоэлектронной эмиссии, то есть выброса электронов с металлических поверхностей при их нагревании. С нагревом металла растёт энергия электронов и многие из них выходят за потенциальный барьер на границе металлической поверхности. Когда на лампу поступает входной сигнал, к примеру, логическая единица в виде напряжения, величиной два вольта, то выходным сигналом лампы будет или логический ноль в виде напряжения менее вольта, или логическая единица. Логическая единица будет в случае, когда напряжение на управляющем электроде лампы, сетке, равно нулю и ток без всяких препятствий проходит от катода к аноду. Когда же на сетку лампы подаётся напряжение с отрицательным потенциалом, то оно препятствует движению электронов от катода к аноду, и, в итоге, не будет тока, то есть на выходе появится уровень логического нуля. На этом принципе действия построена вся логика ламповых компьютеров.

Использование электронных ламп существенно повысило уровень вычислительных возможностей ЭВМ и ознаменовало переход от использования реле в вычислительной технике к лампам, на которых и строилось первое поколение ЭВМ.

Недостатки ламповой техники

Применение электронных ламп тормозила их не высокая надёжность, значительное потребление энергии и немалые размеры. Конструкция первых ЭВМ обладала просто огромными размерами и могли занимать больше одного помещения в научных учреждениях. Обслуживать такую технику было очень непросто, лампы всё время ломались, вызывая сбои ввода информации, появлялось большое количество разных проблем. Также очень большими и дорогими были блоки питания ламповых ЭВМ, требовалось проложить силовые кабеля, питающие ЭВМ, и выполнять сложную разводку кабелей к каждому элементу. Ещё необходимо было обеспечить хорошее охлаждение ламповых блоков, так как они сильно нагревались и лампы часто не работали из-за перегрева.

Невзирая на эти сложности, электронные вычислительные машины получили широкое развитие, их быстродействие росло и достигало уровня тысяч операций в секунду. Оперативная память вмещала примерно две тысячи машинных команд. ЭВМ первого поколения управляющую программу сохраняла в памяти, при этом применялась обработка машинных слов в параллельном режиме. Проектируемые ЭВМ того времени, как правило, были универсального назначения и применялись для работы в научно-технических целях. Затем выпуск ЭВМ пошёл в серию, и они начали применяться и в сфере бизнеса и коммерции.

Архитектура ЭВМ

Тогда же появилась и развивалось архитектурное построение ЭВМ Фон-Неймана, причем отдельные положения, положенные в основу ЭВМ первого поколения, действуют и сегодня.

Базовые аспекты проектирования ЭВМ, выработанные Фон-Нейманом в 1946-ом году, следующие:

Работа ЭВМ должна быть основана на бинарной системе счисления.
Операции, подлежащие выполнению на ЭВМ, представляются в форме программы, которая состоит из набора последовательных команд. Все команды должны содержать операционные коды, адреса операндов и комплект необходимых признаков.
Набор команд должен сохраняться в памяти машины в двоичном кодировании.
Организация памяти должна основываться на иерархической структуре, поскольку быстродействие модулей памяти меньше, чем у логических элементов.
Все арифметические действия надо выполнять только через операцию сложения, а формирование отдельных модулей не имеет смысла.
Чтобы повысить быстродействие следует применять параллельные вычислительные процессы, то есть действия над словом должны осуществляться одновременно над всеми его разрядами.

Нужно заметить, что машины первого поколения проектировались не на пустом месте. В те времена уже имелся опыт в сфере проектирования электронных устройств, к примеру, в радиолокации и так далее.

Введение
Немногим более 50 лет прошло с тех пор, какпоявилась первая электронная вычислительная машина. За этот короткий для развития общества период сменилось несколько поколений вычислительных машин, а первые ЭВМ сегодня являются музейной редкостью. Сама история развития вычислительной техники представляет немалый интерес, показывая тесную взаимосвязь мaтематики с физикой (прежде всего с физикой твердого тела, полупроводников, электроникой) и современнойтехнологией, уровнем развития которой во многом определяется прогресс в производстве средств вычислительной техники.
Электронно-вычислительные машины принято делить на поколения. Для компьютерной техники характерна, прежде всего, быстрота смены поколений - за ее короткую историю развития уже успели смениться четыре поколения и сейчас мы работаем на компьютерах пятого поколения. Что же являетсяопределяющим признаком при отнесении ЭВМ к тому или иному поколению? Это прежде всего их элементная база (из каких в основном элементов они построены), и такие важные характеристики, как быстродействие, емкость памяти, способы управления и переработки информации. Конечно же, деление ЭВМ на поколения в определенной мере условно. Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим- к другому поколению. И все же, несмотря на эту условность поколения ЭВМ можно считать качественными скачками в развитии электронно-вычислительной техники.

1. Понятие ЭВМ
Электронная вычислительная машина, ЭВМ - комплекс технических средств, где основные функциональные элементы (логические, запоминающие, индикационные и др.) выполнены на электронных элементах, предназначенныхдля автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
ЭВМ используется как один из способов реализации компьютера. В настоящее время термин ЭВМ, как относящийся больше к вопросам конкретной физической реализации компьютера, почти вытеснен из бытового употребления и в основном используется инженерами цифровой электроники, как правовой термин в юридическихдокументах, а также в историческом смысле - для обозначения компьютерной техники 1940-1980-х годов и больших вычислительных устройств, в отличие от персональных .
Электронная вычислительная машина подразумевает использование электронных компонентов в качестве её функциональных узлов, однако компьютер может быть устроен и на других принципах - он может быть механическим, биологическим, оптическим,квантовым и т. п., работая за счёт перемещения механических частей, движения электронов ,фотонов или эффектов других физических явлений. Кроме того, по типу функционирования вычислительная машина может быть цифровой (ЦВМ) и аналоговой (АВМ).

2. Особенности функционирования первых ЭВМ
Первое поколение ЭВМ создавалось на электронных лампах в период с 1944 по 1954 гг.
Электронная лампа – этоприбор, работа которого осуществляется за счет изменения потока электронов, двигающихся в вакууме от катода к аноду.
Движение электронов происходит за счет термоэлектронной эмиссии – испускания электронов с поверхности нагретых металлов. Дело в том, что металлы обладают большой концентрацией свободных электронов, обладающих различной энергией, а, следовательно, и.

Все ЭВМ и ПК независимо от года выпуска (или поколения), назначения и сферы применения имеют некоторые общие принципы функционирования.
С точки зрения пользователя компьютер оперирует с двумя типами информации:
данными (все обрабатываемые программой объекты, отличные от ее команд)
командами, которые выполняют помимо арифметических и логических операций над данными целый ряд управляющих операций и функций управления машиной.

Прикрепленные файлы: 1 файл

Основы функционирования ЭВМ.doc

ХГАЭП Каф. ИТ Раевский Ю.А. Вишневский А.Н.

ОСНОВЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭВМ И ПК

Все ЭВМ и ПК независимо от года выпуска (или поколения), назначения и сферы применения имеют некоторые общие принципы функционирования.

С точки зрения пользователя компьютер оперирует с двумя типами информации:

данными (все обрабатываемые программой объекты, отличные от ее команд)
командами, которые выполняют помимо арифметических и логических операций над данными целый ряд управляющих операций и функций управления машиной.

Так, например процессор состоит из десятков и сотен миллионов микросхем, которые работают как переключатели: есть сигнал - нет сигнала; современная оперативная память представляет собой набор микроконденсаторов: есть заряд - нет заряда; накопители на магнитных носителях: намагниченный сектор - размагниченный сектор и тому подобные элементы в других компонентах компьютера.

Поэтому физическая природа таких элементов предоставляет возможность использовать только двоичную систему счисления и ее производные, а не привычную нам десятичную систему счисления.

Для того чтобы отобразить (представить) данные или дать команду на выполнение операции необходимо задать ЭВМ алгоритм, преобразующий эти функции на внутримашинный язык, понятный процессору.

Теоретический фундамент работы с двоичной системой счисления был разработан в 19 веке французским математиком Булем (Булева алгебра). И с появлением ЭВМ, а затем и ПК его работы получили практическое воплощение.

Рассмотрим основные положения и правила работы в основных системах счисления, с которыми приходится иметь отношения.

Cистемы счисления

В непозиционной системе счисления значение каждой цифры в любом месте последовательности цифр, означающей запись числа, не изменяется. Примером непозиционной системы счисления является так называемая римская система счисления. Здесь, например, знак I всегда означает единицу, знак V — пять, знак X — десять. Действительно, в числе XXX, записанном в римской системе счисления, цифра X в любом месте означает десять. Запись чисел в непозиционной системе счисления громоздка и неудобна. Например, число 278 запишется в римской системе счисления в виде CCLXXVIII. В особенности неудобны и сложны в таких системах арифметические действия.

В позиционной системе счисления значение цифры зависит от ее места (позиции) в последовательности цифр, изображающих число. Примером позиционной системы счисления является широко известная десятичная система счисления. Например, в числе 555 значение цифры 5 зависит от позиции, в которой она находится. Значение цифры 5 в разряде десятков в десять раз больше ее значения в разряде единиц и в сто раз меньше ее значения в разряде сотен.

Широкое применение нашли также двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления. Алфавитом двоичной системы счисления являются цифры 0 и 1, восьмеричной —О, 1, 2, 3, 4, 5, б, 7. Алфавит шестнадцатеричной системы счисления содержит 16 цифр, из которых первые десять изображаются привычными нам знаками О, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, а остальные шесть — латинскими буквами А, В, С, D, E, F, что соответствует знакам 10, 11, 12, 13, 14, 15.

Читайте также: