Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Ответы на вопросы - файл вссит ответы 1-8.doc


Загрузка...
Ответы на вопросы
скачать (88.7 kb.)

Доступные файлы (2):

вссит ответы 1-8.doc89kb.25.06.2010 21:35скачать
вссит ответы 9-15.doc218kb.26.06.2010 01:44скачать

вссит ответы 1-8.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
1. История ЭВМ

Начало XIX века – «разностная» машина (машина должна считать автоматически)

Одним из известных людей в истории вычислительной техники стал английский ученый Чарльз Бэббидж. Он занимался разработкой «аналитической» машины – решение произвольных вычислительных задач. Но полностью создать эту машину ему не удалось. Идеи Бэббиджа намного опередили его эпоху. Все современные ЭВМ похожи на машину Бэббиджа.

Машина должна обладать:

1. ЗУ для хранения чисел («склад»)

2. устройство, способное выполнять арифметические операции («мельница»)

3. устройство, управляющее последовательностью действий машины

4. устройство ввода-вывода информации

Ввод информации и управление вычислительным процессом Бэббидж предполагал с помощью перфокарты.

Бэббидж высказал мысль о возможности изменения хода вычислительной взаимозависимости от промежуточного результата. Для того, чтобы заставить машину выполнять необходимые вычисления, нужно было составить для нее программу, т.е. последовательность инструкций для всех ее устройств.

Первые программы были составлены талантливым математиком Адой Лавлейн (дочерью поэта Байрона). Эти программы существуют только на бумаге, т.к. сама машина так и не была построена, и не было возможности выполнять эти программы.

Через 100 лет после Бэббиджа началась новая эпоха.

В 1937 году А. Атанасов приступил к созданию ЭВМ, предназначенной для решения задач математической физики.

Одновременный проект большой релейновской машины предложил сотрудник Гарвардского университета Г. Айкен.

Первым электронно-механическим устройством, примененным в счет машины, было реле (имелось 2 состояния замкнутый и разомкнутый)

Паскаль доказал, что мобильное положение чисел может быть основой сложного счисления.

Лейбниц описал арифметические действия в двоичной системе. Поскольку реле может быть только в 1 из 2 состояний, то это означало Да или Нет

есть импульс – Да

нет импульса – Нет

Т.о. из однотипного реле стало возможно набирать комбинации микросхем, пригодных практически для любой операции.

^ 2. Первые ЭВМ

Первая ЭВМ была разработана в 1945 году.

Электронный интегратор и вычислитель ENIAC – так назвали первую ЭВМ. ЕЕ создали инженеры Маучли и Эккерт. Она строилась в Пенсильванском университете (США) в обстоятельствах секретности. После войны в 1946 году впервые состоялась публичная демонстрация ЭВМ.

ENIAC был, по существу, первой работающей машиной, в которой весь комплекс вычислительных работ, т.е. запоминание и хранение информации было реализовано в электронных схемах.

Трехмерные ячейки на электронных лампах использовались в машинах практически во всех устройствах и агрегатах, что позволило резко увеличить скорость всех операций. Эта первая машина во многом отличалась от привычных нам современных ЭВМ. В ней имелся ряд специализированных устройств, предназначенных для деления, извлечения квадратного корня, умножения и т.д.

Общее управление ими осуществлялось центральным программным блоком. Но самой программы, которая существует в настоящее время, еще не было.

Программирование осуществлялось путем коммуникации отдельных блоков машины с помощью специальных кабелей штекеров и механических переключателей.

Описание ENIAC

1. Сложное громадное сооружение массой более 30 т занимало зал S=150м

2. 40 отдельных панелей содержали одних ламп и реле 20 тыс

3. Для питания одной такой машины требовалась отдельная электростанция

4. От 1000 ламп создавалась такая t, с которой нелегко было справиться

Но, несмотря на недостатки, ENIAC показал возможности, которая таит в себе новая электронная вычислительная техника. Еще в недрах первой электронной машины стала зарождаться идея принципиально новой ЭВМ, создание которой связано с именем одного из выдающихся математиков и естествоиспытателей XX века Джоном фон Нейманом

^ 3. Поколения ЭВМ

В основу градации обычно кладут элементную базу, на которой строятся машины, а также их возможности, область применения и т.д.

Основные поколения ЭВМ

1. Машины 1-ого поколения строились на электронных лампах

- их быстродействие достигало 20 тысяч операций в секунду

- программа писалась на языке машины

- программист сам распределял оперативную память, подпрограмму, исходные данные, полученные результаты

- объем памяти был небольшой

2. В ЭВМ 2-ого поколения на смену электрическим лампам пришли полупроводниковые приборы-трансляторы

- несколько сотен тысяч операций в секунду

- увеличение надежности машин

- переход от написания программы на алгоритмические языки

- запись на алгоритмические языки использует некоторые слова стандартные математические символы

- запись проще и нагляднее программы

- переход с алгоритмического языка на машинный осуществляется самой машиной с помощью специальных программ трансляторов

3. В конце 60-х годов появились ЭВМ 3-его поколения их рождения связано с ростом возможности полупроводников

- на одном кремневом кристалле удалось создать электронную схему, содержащую сотни и тысячи простейших элементов; такую схему назвали интегральной

Машина имеет

- повышенную надежность, уменьшенный размер ЭВМ

- миллион операций в секунду

Стал применяться принцип распараллеливания работ

- ЭВМ одновременно обрабатывала несколько программ

- общение с ЭВМ осуществлялось сразу с несколькими терминалами, т.е. удаленных от ЭВМ пультов, снабженных клавиатурой и экраном

- каждый работающий за таким пультом решал свою задачу и не ощущал, что одновременно работают такие же пользователи на этом ЭВМ

4. ЭВМ 4 поколения

Последнее достижение миниатюризации – микроминиатюрные интегральные схемы, когда на крошечной кремневой пластине содержатся 10 тысяч электронных компонентов

Большие интегральные схемы (БИС)

Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), насчитывающие на поверхности кристалла 100 тысяч электронных компонентов

БИС и СБИС стали элементной базой 4 поколения.
^ 4. Архитектура ЭВМ

Архитектура ЭВМ – логическая организация вычислительной машины, схематически описывающая взаимодействие ее основных устройств

- запоминающее устройство

- процессор

1. устройство управления

2. арифметическо-логическое устройство

- устройство ввода

- устройство вывода

Эти устройства соединены каналами связи, по которым передается информация (рис)

Эта архитектура, предложенная в 1946 году Нейманом, содержит основные черты современных архитектурных решений вычислительных машин. Именно архитектура ЭВМ отличает современные вычислительные машины от их предшественников

- счетно-перфокартных устройств

- механических арифмометров

- электрических арифмометров

Важнейший принцип, определяющий архитектуру ЭВМ, состоит в гибком автоматическом управлении машиной с помощью программы, хранимой в запоминающемся устройстве машины

- вычислительная машина является универсальным устройством, который позволяет решать широкий класс и обрабатывать разнообразные данные

- переход решения одной задачи к выполнению другой осуществляется путем смены программ и соответствующих им данных

- программа и данные хранятся в ЗУ

- процессор может обращаться к хранимым в памяти ЭВМ различным объектам, не делая различия между ними

- таким способом процессор может перерабатывать программу, модифицируя ее

Архитектура – это не только сложившийся стиль, устойчивая логическая организация, но постоянный поток новых решений.

Основной мотив в модернизации архитектуры типа Неймана - стремление повысить производительность ЭВМ , сократить время решения задач. Одно из решений - распараллеливание процессов ЭВМ.

^ 5. Классификация ЭВМ

ЭВМ можно классифицировать по многим признакам

По режиму работы ЭВМ

1. Однопрограммные

- выполнение одной программы после окончания предыдущей

- ресурсы ЭВМ используются только действующей программой

- при работе ЭВМ возможны простои на период ввода и вывода информации

2. Мультипрограммные

- более сложны по архитектуре, но более эффективны

-ресурсы ЭВМ представлены тем программам, которые могут их использовать

По режиму обслуживания

1. ЭВМ индивидуального пользования

- удобны в эксплуатации

- все ресурсы 1 пользователю, эффективность пользования снижается

2.ЭВМ с пакетным режимом обработки

- выполняют программы, записанные заранее во внешней памяти

- пользователь не имеет непосредственный доступ к ЭВМ

- для обработки их приходится несколько раз вводить в пакеты программ

- эффективность работы снижается

3. ЭВМ с режимом коллективного использования

- представляют аппаратные и программные ресурсы нескольким пользователям

- каждому пользователю выделяется терминал, с помощью которого он связывается с ЭВМ, следит за выполнением своих программ, осуществляет запрос к ЭВМ

- режим коллективного использования реализуется воспроизводством вычислительных систем

По структурному составу

1. Однопроцессорные одномашинные

2. Многопроцессорные многомашинные

М. могут работать с общим полем оперативной памяти

- для увеличения производительности и повышения надежности

- в ЭВМ повышенной надежности выход из строя одной машины не приводит к сбою всей системы

- многопроцессорные и многомашинные ЭВМ повышенной надежности имеют избыточные резервные устройства и специальные средства управления ресурсами для отключения неисправных устройств и подключения резервных

По способу размещения

1. сосредоточенные – оборудование расположено в 1 помещении

2. телеобразные – у вычислительной системы с телеобработкой некоторые источники и потребители информации могут располагаться на удалении от вычислительного ядра

3. в виде вычислительных сетей – территориально разнесенные многомагнитные системы, объединенные каналами связи

^ 6. Принципы фон Неймана

Первый принцип фон Неймана — принцип произвольного до­ступа к основной памяти. Структурно основная память состоит из дискретных элементов — ячеек, каждая из которых может содер­жать упорядоченный набор символов, называемый словом. Принцип произвольного доступа состоит в том, что процессору в произволь­ный момент времени доступна любая ячейка, причем время доступа (время чтения или записи информации) одинаково для всех ячеек.

Чтобы обеспечить такой доступ к ячейкам памяти, с каждой из них связывают персональное имя и обращение к ячейке про­изводится с помощью указания ее имени. Для этого все ячейки основной памяти перенумеровывают от 0 до N—1 и в качестве имени ячейки используют ее порядковый номер — адрес ячейки. При этом общее число ячеек (N) называют объемом основной памяти.

Второй фундаментальный принцип фон Неймана — принцип хранимой программы. Программа решения задачи хранится в основ­ной памяти наряду с обрабатываемыми данными. Именно это делает ЭВМ универсальным средством обработки информации — для реше­ния другой задачи требуется смена в основной памяти программы и обрабатываемых данных.

Информация, хранимая в основной памяти, не имеет признаков принадлежности к определенному типу. Поэтому ЭВМ, вообще говоря, не различает, что именно хранится в данной ячейке памяти— число, текст или команда. Это означает, в частности, что над ко­мандами программы могут выполняться такие же действия, как над данными. Так, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции программы с одного языка программи­рования на другой.

3.Принцип двоичности

Для представления данных и команд используется двоичная система счисления.

4. Принцип программного управления.

Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором друг за другом в определённой последовательности.

5. Принцип однородности памяти.

Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

6. Принцип адресуемости памяти.

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

7. Принцип последовательного программного управления.

Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.

8.Принцип условного перехода.

Команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных. Сам принцип был сформулирован задолго до фон Неймана Адой Лавлейс и Чарльзом Бэббиджем, однако он логически включен в фоннеймановский набор как дополняющий предыдущий принцип

^ 7. Принципы работы процессора

Устройство процессора должно обеспечивать выполнение действий, по крайней мере, 3 типов:

- исполнение команд программы одна за другой в естественной последовательности

- выбор для исполнения той или иной последовательности команд в зависимости от условий

- многократное повторение одной и той же последовательности команд пока соблюдено определенное условие

Процессор ЭВМ

- устройство обработки команд (УУ)

- устройство обработки данных (АЛУ) (рис)

Программа записывается в основной памяти ЭВМ в ячейках с последовательными номерами. Выполнение каждой команды программы состоит из следующих этапов:

- выборка команды из памяти в устройство обработки команд

- выборка данных, необходимых для ее выполнения в устройство обработки данных

- выполнение операций в устройстве обработки данных

- запись результатов

Выборка команды из памяти осуществляется с помощью счетчика команд, содержащего номер ячейки, в которой записана команда. Выбранная команда передается в устройство обработки команд. Устройство обработки команд расшифровывает:

- адресное поле команды с номерами ячеек

- хранящиеся данные, необходимые для выполнения команды

По сигналам из устройства обработки команд данные выбираются из памяти и поступают в устройство обработки данных

- код операций и выдает сигнал в устройство обработки данных, в которых выполняется соответственно операция над данными. Результат операции либо остается в процессоре, либо отправляется в основную память, если в команде был явно указан адрес результата

Автоматическое выполнение команд осуществляется благодаря тому, что после завершения выполнения очередной команды значение счетчика команд увеличивается на 1, что обеспечивает переход к выполнению следующей по порядку команды последовательности.

Исполнение фрагмента программы, реализующего развилку или цикл, требует от процессора обеспечения возможности нарушать естественный порядок выполнения команд и осуществлять переход к команде, расположенной в ячейке памяти с произвольным номером.

Для изменения естественного порядка выполнения команд в системе команд ЭВМ предусмотрены специальные команды перехода: условного и безусловного.

Выполнение команды безусловного перехода состоит в изменении значения счетчика команд, в счетчик команд заносится значение из адресного поля команды безусловного перехода.

Команда условного перехода может в зависимости от условия либо менять, либо не менять значение счетчика команд. Проверка условия осуществляется другой командой, выполняемой перед командой условного перехода. Результат проверки запоминается в специальной памяти процессора, называемой признаком результата. Выполнение команды условного перехода состоит в том, что сначала проверяется признак результата, а затем либо в счетчик команд заносится значение из адресного поля команды условного значения, либо значение счетчика команд остается без изменений.

Тем самым выборка следующей команды будет производиться из следующей по порядку ячейки памяти, на которую указывает команда условного перехода. Т.о. с помощью команды условного перехода можно реализовать развилку. С помощью команды условного перехода может быть реализовано многократное использование одной и той же последовательности команд, пока не соблюдено определенное условие.

В системе команд современного ЭВМ имеются также специальные команды организации цикла, при выполнении которых проверка условий совмещается с условным переходом.

- Команды ввода-вывода предназначены для обмена информацией между основной памятью и периферийными устройствами

- Выборка команд из основной памяти прекращается после выполнения специальной команды «стоп»

- Процессор исполняет программу автоматически. Человек принимает участие в работе ЭВМ лишь на этапе загрузки программы

- Существует и другой режим работы ЭВМ – режим диалога, когда человек непосредственно общается с ЭВМ в процессе исполнения программы

^ 8. Эволюция РВМ

Первая чисто релейнская машина была создана в 1941 году немецким инженером Цузе. Его машина «Ц-3» состояла

- из 2600 магнитных реле, на которых было построено арифметическое устройство

- память на 64 двоичных числа

Управление машины производилось с помощью перфорированной ленты.

В 1944 году физик-математик американец Айкен закончил работу над первым вариантом своей универсальной машины «МАРК-1». Машина «МАРК-1» была электронно-механической. В ней использовалось

- механические элементы для представления чисел

- электронно-механические – для управления.

Эта машина была передана в Гарвард и использовалась много лет.

Вторая машина Айкена «МАРК-2» была чисто релейная. Она содержала

- 1300 реле

- имела в структуре предусмотренной классической бебиджевской структуры

- специально встроенные вычислительные блоки для вычисления ф-ций sin, cos и другие.

Такие машины, как «Ц-3», «МАРК-1», «МОДЕЛЬ» - наша отечественная РВМ, были выдающимися достижениями своего времени.

Создание надежных и быстродействующих схем было сложным.

Но РВМ не было суждено совершить революцию в вычислительной технике. Надежность электромагнитных реле и скоростного счета была небольшой. Десятичные числа складывались и вычислялись за доли секунды, а на их деление затрагивалось 2-3 секунды.

В настоящее время, когда программирование стало немыслимо без гигантской скорости вычисления, здесь нужны были новые принципы. Требуемая электроника с ее бизинерционными элементами. Следующим шагом стало использование электронных ламп и магнитозаписи. Способности новых машин (ЭВМ или «компьютер» от лат. счисление) превзошли все ожидания. Но они обладают целым рядом недостатков, затрудняющими их применение.


Параметры сравнения

Поколения ЭВМ

первое

второе

третье

четвертое

Период времени

1946 - 1959

1960 - 1969

1970 - 1979

с 1980 г.

Элементная база (для УУ, АЛУ)

Электронные (или электрические) лампы

Полупроводники (транзисторы)

Интегральные схемы

Большие интегральные схемы (БИС)

Основной тип ЭВМ

Большие

Малые (мини)

Микро

Основные устройства ввода

Пульт, перфокарточный, перфоленточный ввод

Добавился алфавитно-цифровой дисплей, клавиатура

Алфавитно-цифровой дисплей, клавиатура

Цветной графический дисплей, сканер, клавиатура

Основные устройства вывода

Алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), перфоленточный вывод

Графопостроитель, принтер

Внешняя память

Магнитные ленты, барабаны, перфоленты, перфокарты

Добавился магнитный диск

Перфоленты, магнитный диск

Магнитные и оптические диски

Ключевые решения в ПО

Универсальные языки программирования, трансляторы

Пакетные операционные системы, оптимизирующие трансляторы

Интерактивные операционные системы, структурированные языки программирования

Дружественность ПО, сетевые операционные системы

Режим работы ЭВМ

Однопрограммный

Пакетный

Разделения времени

Персональная работа и сетевая обработка данных

Цель использования ЭВМ

Научно-технические расчеты

Технические и экономические расчеты

Управление и экономические расчеты

Телекоммуникации, информационное обслуживание



Скачать файл (88.7 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru