Введение

1.

Предметом изучения дисциплины «Архитектура аппаратных средств» являются: принципы
организации и построения современных компьютерных систем, типовые составляющие
аппаратного обеспечения персонального компьютера, назначение, классификация и
основные свойства составляющих компьютера, таких как: процессор, память, устройства
ввода и вывода данных, коммуникационные устройства, основные этапы становления и
развития вычислительной техники, поколения электронно-вычислительных машин

2.

Этапы вычислений:
1. Определение и задание порядка вычислений.
2. Задание исходных данных.
3.Выполнение вычислений (для получения промежуточных результатов).
4. Получение конечного результата.
Свойства алгоритмов:
1. Дискретность алгоритма (действия выполняются по шагам, а сама информация
дискретна).
2. Детерминированность (сколько бы раз один и тот же алгоритм не реализовывался
для одних и тех же данных – результат один и тот же).
3. Массовость (алгоритм «решает задачу» для различных исходных данных из
допустимого множества и дает всегда правильный результат).

3.

Принцип программного управления включает в себя несколько архитектурно-функциональных принципов:
1.Любой алгоритм представляется в виде некоторой последовательности управляющих слов – команд. Каждая
отдельная команда определяет простой (единичный) шаг преобразования информации.
2. Принцип условного перехода. В процессе вычислений в зависимости от полученных промежуточных
результатов возможен автоматический переход на тот или иной участок программы.
3. Принцип хранимой команды. Команды в ЭВМ представляются в такой же кодируемой форме, как и любые
данные и хранятся в таком же оперативном запоминающем устройстве. Это означает, что если рассматривать
содержимое памяти, то без какой-либо команды невозможно различить данные и команды. Следовательно,
любые команды можно принципиально обрабатывать как данные (информация в ЭВМ отличается не
представлением, а способом ее использования).
4. Принцип двоичного кодирования.
5. Принцип иерархии запоминающих устройств

4. Основные характеристики ЭВМ

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭВМ
Быстродействие - одна из важнейших характеристик ЭВМ, которая характеризуется числом команд, выполняемых ЭВМ за
одну секунду. Поскольку в состав команд ЭВМ включаются операции, различные по длительности выполнения и по
вероятности их использования, то имеет смысл характеризовать его или средним быстродействием ЭВМ, или предельным (для
самых “коротких” операций типа “регистр-регистр”).
Производительность - объем работ, осуществляемых ЭВМ в единицу времени. Реальное или эффективное быстродействие,
обеспечиваемое ЭВМ, значительно ниже, и оно может сильно отличаться в зависимости от класса решаемых задач. Сравнение
по быстродействию различных типов ЭВМ, резко отличающихся друг от друга своими характеристиками, не обеспечивает
достоверных оценок.
Емкость запоминающих устройств - измеряется количеством структурных единиц информации, которое может одновременно
находиться в памяти. Этот показатель позволяет определить, какой набор программ и данных может быть одновременно
размещен в памяти. Наименьшей структурной единицей информации является бит - одна двоичная цифра.
Надежность - это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода
времени. Высокая надежность ЭВМ закладывается в процессе ее производства. Переход на новую элементную базу сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) резко сокращает число используемых интегральных схем, а значит, и число их
соединений друг с другом.
Точность - возможность различать почти равные значения. Точность получения результатов обработки в основном
определяется разрядностью ЭВМ, а также используемыми структурными единицами представления информации (байтом,
словом (2 байта), двойным словом и т.п.).

5.

Существуют три глобальные сферы деятельности человека, которые требуют использования качественно различных типов
ЭВМ:
1. Применение ЭВМ для автоматизации вычислений. Научно-техническая революция во всех областях науки и техники
постоянно выдвигает новые научные, инженерные, экономические задачи, которые требуют проведения крупномасштабных
вычислений (задачи проектирования новых образцов техники, моделирования сложных процессов, атомная и космическая
техника и др.). Отличительной особенностью этого направления является наличие хорошей математической основы,
заложенной развитием математических наук и их приложений. Первые, а затем и последующие вычислительные машины
классической структуры в первую очередь и создавались для автоматизации вычислений.
2. Применение ЭВМ в системах управления. Это направление родилось примерно в 60-е годы, когда ЭВМ стали интенсивно
внедряться в контуры управления автоматических и автоматизированных систем. Новое применение вычислительных машин
потребовало видоизменения их структуры. ЭВМ, используемые в управлении, должны были не только обеспечивать
вычисления, но и автоматизировать сбор данных и распределение результатов обработки. Сопряжение с каналами связи
потребовало усложнения режимов работы ЭВМ, сделало их многопрограммными и многопользовательскими.
3. Применение ЭВМ для решения задач искусственного интеллекта. Напомним, что задачи искусственного интеллекта
предполагают получение не точного результата, а чаще всего осредненного в статистическом, вероятностном смысле.
Примеров подобных задач много: задачи робототехники, доказательства теорем, машинного перевода текстов, планирования с
учетом неполной информации, составления прогнозов, моделирования сложных процессов и явлений и т.д. Это направление
все больше набирает силу. Во многих областях науки и техники создаются и совершенствуются базы данных и базы знаний,
экспертные системы. Для технического обеспечения этого направления нужны качественно новые структуры ЭВМ с большим
количеством вычислителей (ЭВМ или процессорных элементов), обеспечивающих параллелизм в вычислениях. По существу,
ЭВМ уступают место сложнейшим вычислительным системам.

6.

Смена поколений ЭВМ

7. ЭВМ 1-ого поколения

ЭВМ 1-ОГО ПОКОЛЕНИЯ
США начала конструировать вычислительную машину на
основе электронных ламп, а не на электромагнитных реле.
Эта машина была названа ENIAC (Electronic Numeral
Integrator And Computer) и работала она в тысячу раз
быстрее, чем «Марк-1». ENIAC содержал 18 тысяч
вакуумных ламп(элементная база), занимал площадь 9´15
метров, весил 30 тонн и потреблял мощность 150 киловатт.

8.

ENIAC имел и существенный недостаток – управление им
осуществлялось с помощью коммутационной панели, у него
отсутствовала память, и для того чтобы задать программу
приходилось в течение нескольких часов или даже дней
подсоединять нужным образом провода. Худшим из всех
недостатков была ужасающая ненадежность компьютера,
так как за день работы успевало выйти из строя около
десятка вакуумных ламп.

9. 1 поколение ЭВМ -1950 г.

1 ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ -1950 Г.
Основные элементы: электронно-вакуумные лампы.
М-20, Урал-4, Минск -14.
Быстродействие: 2000 операций в сек.
ОЗУ – 1000 ячеек (примерно 22 Кб)
Память: магнитная лента (1,5 Мб)
Ввод данных: перфокарты
Вывод данных: бумага
Язык программирования: язык машинных команд
Минусы:
Громоздкие
Потребляли много электроэнергии
Часто выходили из строя
Очень дорого стоили
Требовали большого количества людей для обслуживания
КПД использования - низкий

10.

11. ЭВМ 2-ого поколения

ЭВМ 2-ОГО ПОКОЛЕНИЯ
ЭВМ 2-го поколения были разработаны в 1950-х- начале
1960-х гг. В качестве основного элемента были использованы
уже не электронные лампы, а
транзисторы(полупроводниковый триод), а в качестве
устройств памяти стали применяться магнитные сердечники
и магнитные барабаны - далекие предки современных
жестких дисков. Компьютеры стали более надежными,
быстродействие их повысилось, потребление энергии
уменьшилось, уменьшились габаритные размеры машин.

12. Характерные черты ЭВМ 2-ого поколения

ХАРАКТЕРНЫЕ ЧЕРТЫ ЭВМ 2-ОГО ПОКОЛЕНИЯ
1. Элементная база – транзисторы
2. Соединение элементов – печатные платы и навесной монтаж.
3. Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек
4. Быстродействие – 100 – 500 тыс. операций в секунду.
5. Программирование – на алгоритмических языках, появление ОС.
Оперативная память – 2 – 32 Кбайт.
6. Введен принцип разделения времени.
7. Введен принцип микропрограммного управления.
8. Недостаток – несовместимость программного обеспечения.

13.

Плюсы
Минусы
ЭВМ становится
сравнительно дешевле и
надежней. Начинают
появляться первые языки
программирования
Все еще большой размер
компьютера

14.

15. ЭВМ 3-его поколения

ЭВМ 3-ЕГО ПОКОЛЕНИЯ
Новый прорыв в производительности, надежности и
миниатюризации позволила сделать технология интегральных
схем(элементная база), ознаменовавшая собой переход на третье
поколение ЭВМ, создаваемых во второй половине 60-х годов, когда
американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин
IBM-360.

16.

Это были машины на интегральных схемах. Машины этого
типа хорошо приспособлены для целей управления
различными техническими объектами: производственными
установками, лабораторным оборудованием, транспортными
средствами. По этой причине их называют управляющими
машинами. Во второй половине 70-х годов производство
мини-ЭВМ превысило производство больших машин.

17.

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

18. ЭВМ 4-ого поколения

ЭВМ 4-ОГО ПОКОЛЕНИЯ
Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году,
когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора
(элементная база) Intel-4004. Микропроцессор — это сверхбольшая
интегральная схема, способная выполнять функции основного блока
компьютера — процессора.
Элементная база – сверхбольшие интегральные схемы (СБИС).
Создание многопроцессорных вычислительных систем.
Создание дешевых и компактных микроЭВМ и персональных ЭВМ и на их
базе вычислительных сетей.

19. 5 поколение ЭВМ

5 ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ
Переход к компьютерам пятого поколения предполагал переход к новым архитектурам,
ориентированным на создание искусственного интеллекта.
Считалось, что архитектура компьютеров пятого поколения будет содержать два
основных блока. Один из них — собственно компьютер, в котором связь с
пользователем осуществляет блок, называемый «интеллектуальным интерфейсом».
Задача интерфейса — понять текст, написанный на естественном языке или речь, и
изложенное таким образом условие задачи перевести в работающую программу.
Основные требования к компьютерам 5-го поколения: создание развитого человекомашинного интерфейса (распознавание речи, образов); развитие логического
программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;
создание новых технологий в производстве вычислительной техники; создание новых
архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.

20. Персональный компьютер

ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР
В 1981 г. IBM Corporation (International Business Machines)(США)
представила первую модель персонального компьютера — IBM
5150, положившую начало эпохи современных компьютеров.

21.

Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода,
внешней памяти, получили новый тип компьютера – микроЭВМ, который относится к машинам четвертого поколения.
Существенным отличием микро-ЭВМ от своих
предшественников являются их малые габариты (размеры
бытового телевизора) и сравнительная дешевизна.

22.

1983 г. Корпорация Apple Computers построила
персо-нальный компьютер Lisa — первый
офисный компьютер, управляемый манипулятором
мышь.
1984 г. Корпорация Apple Computer выпустила
компьютер Macintosh на 32-разрядном процессоре
Motorola 68000

23.

Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.
Самой популярной разновидностью ЭВМ сегодня являются
персональные компьютеры. Появление феномена персональных
компьютеров связано с именами двух американских специалистов: Стива
Джобса и Стива Возняка. Программное обеспечение позволяет человеку
легко общаться с машиной, быстро усваивать основные приемы работы с
ней, получать пользу от компьютера, не прибегая к программированию.
ПК становится такой же привычной бытовой техникой, как
радиоприемник или телевизор. Их выпускают огромными тиражами,
продают в магазинах.

24. Общая таблица сравнения поколений

ОБЩАЯ ТАБЛИЦА СРАВНЕНИЯ ПОКОЛЕНИЙ