2.94M

Категория:

Информатика

Похожие презентации:

История развития вычислительной техники. Классификация ЭВМ. Основные характеристики ЭВМ. Лекция 1

История развития вычислительной техники

История развития ЭВМ

Из мировой истории цифровой вычислительной техники

Основные этапы развития вычислительной техники

История развития вычислительной техники

История развития ЭВМ

История развития вычислительной техники

История развития ЭВМ

Цифровая схемотехника. Основные сведения о ЦХТ. История развития. Лекция 1

1.

Лекция 1
Всего 84часов:
38 ч лк 60ч пр
4ч / нед.
экзамен

Бойт К. Цифровая электроника. Москва:
Техносфера, 2007. - 422с.
Горнец Н.Н.Организация ЭВМ и систем. М.: Академия, 2008. - 320с.
Келим Ю.М. Вычислительная техника. М.: Академия, 2007. - 384с.
Вычислительная техника:метод.пособие
/авт.-сост.Б.В.Цыбаков.- М.,2004.- 112с
Жмакин А.П. Архитектура ЭВМ. – СПб:
БХВ-Петербург, 2006. – 320с.
Калиш
Г.Г. Основы вычислительной
техники.- М.:Высш.шк.,2000. - 257с.

3.

дисциплину,
которая
изучает
основы
построения
аппаратных средств цифровых устройств, в том числе
цифровых вычислительных машин (ЦВМ) и персональных
компьютеров.
В рамках дисциплины рассматриваются принципы работы
логических элементов и элементная база цифровых
устройств, основные комбинационные и накапливающие
узлы,
триггеры,
принципы
организации
и
функционирования полупроводниковой памяти, принципы
работы
и
организации
микропроцессоров,
микропроцессорных систем и устройств, входящих в
состав этих систем.

4.

Совокупность
устройств,
предназначенных
для
автоматической, или автоматизированной обработки
данных.

5.

Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и
программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего
места.

6.

объединение
аппаратных средств, средств управления
аппаратурой
(физическими
ресурсами),
средств
управления
логическими
ресурсами,
систем
программирования
и
прикладного
программного
обеспечения.

7.

Термин «компьютер» = «ЭВМ»
Компью́тер от англ. computer — «вычислитель»
Электро́нная
вычисли́тельная маши́на (ЭВМ) —
вычислительная машина, построенная с использованием в
качестве
функциональных
элементов
электронных
устройств вместо механических.

8.

это электронной прибор, предназначенный для автоматизации
создания, хранения, обработки и транспортировки данных.

9.

механизм,
электромеханическое
или
электронное
устройство,
предназначенное
для
автоматического
выполнения математических операций.

10.

I.
II.
III.
IV.
Ручной - с 50-го тысячелетия до н.э.;
Механический - с середины XVII века;
Электромеханический - с девяностых годов XIX века;
Электронный - с сороковых годов XX века.

11.

12.

В 1623 году
немец Вильгельм
Шиккард (нем.
Wilhelm
Schickard) создал
так называемые
«Считающие
часы» - первый
автоматический
калькулятором.
Сам изобретатель в письмах называл
машину «суммирующими часами».

13.

В 1642 году 18-летний французский математик и Физик Блез
Паскаль создал первую модель вычислительной машины,
которая могла выполнять арифметические операции
сложения и вычитание.
В 1649 году Б.Паскаль получает королевскую привилегию на
изготовление и продажу своей машины, до наших дней
сохранилось 8 машин.

14.

Первую машину, с помощью которой можно было не только
складывать, но и умножать и делить изобрёл Г. Лейбниц
(1646-1716).
В 1673 году другой известный учёный — Готфрид Вильгельм
Лейбниц изготовил механический калькулятор, позволявший
легко выполнять вычитание, умножение и деление.

15.

Инженер
В. Однер разработал колесо с переменным
числом зубьев, что позволило почти серийно выпускать
арифмометры («Феликс» Курского завода Счетмаш),
которые являлись основным средством вычислений вплоть
до эпохи ПЭВМ и калькуляторов.

16.

В 30-х годах 17 столетия в
национальной библиотеке Мадрида
ученые нашли эскиз 13-разрядного
суммирующего
устройства
с
десятизубыми колёсами.
В рекламных целях оно было
воспроизведено фирмой IBM и
оказалось
вполне
работоспособным.

17.

1819г.
- первая арифметическая машина, реализующей
автоматическое выполнение последовательности действий
считают разностную машину Ч. Бебиджа (1792-1871).

18.

1834г.
- аналитическая машина - впервые был
реализован принцип разделения информации на
команды и данные. Аналитическая машина содержала
два крупных узла — «склад» и «мельницу».
Это был проект компьютера
общего назначения с
применением перфокарт, а также
парового двигателя в качестве
источника энергии.

19.

«Разностная
машина», построенная вскоре Мартином
Вибергом (швед. Martin Wiberg), также была в своей
основе улучшенной версией машины Чарльза Бэббиджа и
использовалась для расчёта и публикации печатных
логарифмических таблиц.

20.

Холлерит (1860-
1929 г.) изобрёл
табуляторы –
электрические
релейные
машины, которые
широко
использовались
для обработки
статистической
информации
вплоть до 70г.
прошлого века.
Машина Холлерита в зачаточном виде
содержала все необходимые элементы
вычислительного автомата, работающего
без вмешательства человека:
•арифметическое устройство,
•память (это колода перфокарт и регистры
для
запоминания
промежуточных
результатов вычислений),
•устройство ввода (с перфокарт) и вывода
данных,
•управление вычислительным процессом.

21.

22.

Освоение электронных схем положило начало массовому
внедрению вычислительной, а потом информационной
схемы во все сферы человеческой деятельности.
Первые электронные цифровые вычислительные машины
(ЭЭВМ) были разработаны и выпущены на рубеже 40-50
годов прошлого века в США, Англии и чуть позднее в
СССР.

23.

Двоичная система Лейбница.
Математическая логика Джорджа Буля.

24.

Двоичная система Лейбница.
Возможность
представления любых чисел (да и не только
чисел) двоичными цифрами впервые была предложена
Готфридом Вильгельмом Лейбницем в 1666 году.
Лейбницу приходила в голову мысль о возможности
использования двоичной системы в вычислительном
устройстве

25.

Применил в логике систему формальных обозначений
и правил, близкую к математической. Впоследствии
эту систему назвали логической алгеброй или булевой
алгеброй.
Правила
этой системы применимы к самым
разнообразным объектам и их группам (множествам,
по терминологии автора).
Четыре основные операции: И (пересечение), ИЛИ
(объединение), НЕ (обращение) и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ
ИЛИ — лежат в основе работы всех видов процессоров
современных компьютеров.

26.

Все
перечисленные выше факты относятся к истории
цифровой ВТ, в которой информация представляется в
дискретной форме, т.е. в форме чисел, кодов, знаков.
Существуют вычислительные устройства (аналоговые),
которые оперируют непрерывной информацией, например
логарифмическая линейка.

27.

Под поколением понимают все типы и модели ЭВМ,
разработанные
различными
конструкторскотехническими коллективами, но построенных на одних
и тех же научных и технических принципах.
Появление каждого нового поколения определялось тем,
что появлялись новые базовые элементы, технология
изготовления которых принципиально отличалась от
предыдущего поколения.

28.

Поколения ЭВМ
Показатель
Элементная база
процессора
Первое
1951-1954
Электронные
лампы
Языки
Машинный код
программирования
Второе
1958-I960
Третье
1965-1966
Четвертое
А
1976-1979
Б
1985-?
Пятое
Транзисторы
Интегральные
Сверхбольшие ИС
Большие ИС (БИС)
схемы (ИС)
(СБИС)
+Оптоэлектроника
+Криоэлектроника
+ Ассемблер
+ Процедурные
языки
+ Новые
+Непроцедурные
высокого
процедурные ЯВУ
ЯВУ
уровня (ЯВУ)
+ Новые
непроцедурные ЯВУ
Цветной +
графический
дисплей,
клавиатура,
“мышь” и др.
Устройства
голосовой
связи с ЭВМ
создание АРМ,
обработка
текстов,
мультимедиа
Все сферы
деятельности
Средства связи
пользователя с ЭВМ
Пульт
управления и
перфокарты
Перфокарты и
перфоленты
Алфавитноцифровой
терминал
Монохромный
графический
дисплей,
клавиатура
Сфера применения
Научнотехнические
расчёты
Инженерные,
научные,
экономические
задачи
АСУ, САПР,
научно –
технические
задачи
Задачи
управления,
коммуникации,

29.

Поколения ЭВМ
Показатель
Первое
1946-1960
Элементная база
процессора
Электронные лампы
Языки программирования
Машинный код
Средства связи
пользователя с ЭВМ
Пульт управления и перфокарты
Сфера применения
Научно-технические расчёты

30.

Элементная база – электронно-вакуумные лампы.
Габариты – в виде шкафов и занимали машинные
залы.
Быстродействие – 10 – 100 тыс. оп./с.
Эксплуатация – очень сложна.
Программирование – трудоемкий процесс.
Структура ЭВМ – по жесткому принципу.

31.

32.

33.

Поколения ЭВМ
Показатель
Второе
1960-I965
Элементная база
процессора
Транзисторы
Языки программирования
+ Ассемблер
Средства связи
пользователя с ЭВМ
Перфокарты и перфоленты
Сфера применения
Инженерные, научные,
экономические задачи

34.

Элементная
база – активные и пассивные
элементы.
Габариты – однотипные стойки, требующие
машинный зал.
Быстродействие – сотни тысяч – 1 млн.
оп./с.
Эксплуатация – упростилась.
Программирование
–
появились
алгоритмические языки.
Структура ЭВМ – микропрограммный способ
управления.

35.

36.

Показатель
Поколения ЭВМ
Третье
1965-1975
Элементная база
процессора
Интегральные схемы (ИС)
Языки программирования
+ Процедурные языки высокого уровня (ЯВУ)
Средства связи
пользователя с ЭВМ
Алфавитно- цифровой терминал
Сфера применения
АСУ, САПР, научно – технические задачи

37.

Элементная
база – интегральные схемы,
большие интегральные схемы (ИС, БИС).
Габариты – однотипные стойки, требующие
машинный зал.
Быстродействие – сотни тысяч – миллионы
оп./с.
Эксплуатация – оперативно производится
ремонт.
Программирование – подобен II поколению.
Структура ЭВМ – принцип модульности и
магистральности.
Появились дисплеи, магнитные диски.

38.

39.

Показатель
Четвертое
Поколения ЭВМ
А
1976-1979
Б
1985-?
Элементная база
процессора
Большие ИС (БИС)
Сверхбольшие ИС
(СБИС)
Языки
программирования
+ Новые процедурные ЯВУ
+Непроцедурные ЯВУ
Средства связи
пользователя с ЭВМ
Монохромный
графический
дисплей,
клавиатура
Цветной +
графический
дисплей,
клавиатура,
“мышь” и др.
Сфера применения
Задачи
управления,
коммуникации,
создание АРМ,
обработка
текстов,
мультимедиа

40.

Элементная база – сверхбольшие
интегральные схемы (СБИС).
Создание многопроцессорных вычислительных
систем.
Создание дешевых и компактных микроЭВМ и
персональных ЭВМ и на их базе
вычислительных сетей.

41.

Маршиан Эдвард Хофф из фирмы
Intеl
сконструировал
интегральную схему, аналогичную
по своим функциям центральному
процессору большого компьютера.
Так
появился
первый
микропроцессор Iпtеl-4004, который был выпущен в продажу в
1971 г.

42.

автор Труонг Тронг Ти
Массовое производство и
внедрение в практику
персональных компьютеров
связывают с именем Стива
Джобса, руководителя и
основателя фирмы "Эпл
компьютер", 1977 г.
наладившей выпуск
персональных компьютеров
"Apple"
Apple II – первый цветной
8-битный домашний
компьютер с графическим
разрешением 280х192 точки

43.

Показатель
Поколения ЭВМ
Пятое
Элементная база процессора
+Оптоэлектроника
+Криоэлектроника
Языки программирования
+ Новые непроцедурные ЯВУ
Средства связи пользователя
с ЭВМ
Устройства голосовой связи с ЭВМ
Сфера применения
Все сферы деятельности

44.

оптический компьютер, в котором все компоненты будут
заменены их оптическими аналогами (оптические
повторители, оптоволоконные линии связи, память на
принципах голографии;
молекулярный компьютер, принцип действия которого
будет основан на способности некоторых молекул
находиться в различных состояниях;
квантовый
компьютер, состоящий из компонентов
субатомного размера и работающий по принципам
квантовой механики.

45.

Переход к компьютерам пятого поколения предполагал
переход к новым архитектурам, ориентированным
на создание искусственного интеллекта.
IBM eServer z990
Изготовлен в 2003 г.

46.

47.

широко
известный принцип совместного
программ и данных в памяти компьютера
хранения

48.

Информация кодируется в двоичной форме и разделяется на
единицы – слова.
Разнотипные по смыслу слова различаются по способу
использования, а не по способу кодирования.
Слова
информации размещаются в ячейках памяти и
идентифицируются номерами ячеек – адресами слов.
Алгоритм
представляется в форме последовательности
управляющих
слов
(команд).
Команда
определяет
наименование операции и слова информации, участвующие в
ней. Алгоритм, записанный в виде последовательности команд
– программа.
Выполнение вычислений, предписанных алгоритмом, сводится
к последовательному выполнению команд в порядке,
однозначно определённом программой.

49.

Принцип
двоичного кодирования - согласно
этому принципу, вся информация, поступающая в
ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов
(двоичных цифр, битов) и разделяется на
единицы, называемые словами.

50.

Принцип
однородности памяти - программы и
данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому
ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке
памяти — число, текст или команда. Над командами
можно выполнять такие же действия, как и над
данными.

51.

Принцип
адресуемости
памяти
структурно основная память состоит из
пронумерованных ячеек; процессору в
произвольный момент времени доступна
любая ячейка.
Отсюда следует возможность давать имена
областям памяти, так, чтобы к хранящимся
в них значениям можно было бы
впоследствии обращаться или менять их в
процессе
выполнения
программы
с
использованием присвоенных имен.

52.

Принцип последовательного программного
управления - предполагает, что программа
состоит
из
набора
команд,
которые
выполняются процессором автоматически
друг
за
другом
в
определенной
последовательности.

53.

Принцип
жесткости
архитектуры
неизменяемость
в
процессе
работы
топологии, архитектуры, списка команд.

54.

55.

Устройство управления и арифметико-логическое
устройство
в
современных
компьютерах
объединены в один блок – процессор.
Процессор
является
преобразователем
информации, поступающей из памяти и внешних
устройств
выборка команд из памяти,
кодирование и декодирование,
выполнение
различных,
в
том
арифметических, операций,
согласование работы узлов компьютера
числе
и

56.

Память
(ЗУ) хранит информацию
программы.
Запоминающее
устройство
у
компьютеров "многоярусно"
(данные)
и
современных

57.

В
построенной по описанной схеме ЭВМ происходит
последовательное считывание команд из памяти и их
выполнение.
Номер (адрес) очередной ячейки памяти. из которой будет
извлечена следующая команда программы, указывается
специальным устройством – счетчиком команд в УУ.
Его наличие также является одним из характерных
признаков рассматриваемой архитектуры.

58.

Разработанные
фон Нейманом основы архитектуры
вычислительных устройств оказались настолько
фундаментальными, что получили в литературе
название “фон-неймановской архитектуры”

59.

Подавляющее
большинство вычислительных машин на
сегодняшний день – фон-неймановские машины.
Исключение составляют лишь отдельные разновидности
систем для параллельных вычислений, в которых
отсутствует счетчик команд, не реализована классическая
концепция переменной и имеются другие существенные
принципиальные отличия от классической модели.

60.

ЭВМ как сложная система может быть описана на
нескольких уровнях.
Система – совокупность элементов, объединённых в одно
целое для достижения определённых целей.
Структура
системы – фиксированная совокупность
элементов системы и связей между ними.
Элемент – неделимая часть системы, структура которого
не рассматривается, а определяются только его функции.
Функции системы стремятся описывать в математической
форме, иногда в словесной и может быть задана в виде
графа или матриц.

61.

Уровень
описания
Объект
Структура
Язык описания
Электрические
схемы
Логические и запоминающие
элементы
Электронные и радиокомпоненты
(транзисторы, регистры и т.д.)
Соотношения теории
электрических цепей
Логические
схемы
Операционные элементы
(счётчики, сумматоры,
дешифраторы, регистры)
микропрограммные автоматы
Логические и запоминающие элементы
Булевы алгебра,
теория автоматов
Операционные
схемы
Операционные устройства (АЛУ,
УУ, запоминающее устройство)
Операционные элементы,
микропрограммные автоматы
Языки описания
микроопераций
Структурные
схемы
ЭВМ и системы
Операционные устройства
Языки машинных
команд,
микропрограмм
Программный
уровень
ОС, вычислительный процесс
Команды и операторы
Алгоритмические
языки