Лекция 1 (1)

1. Архитектура ЭВМ

Содержание
1.
Понятие архитектуры ЭВМ
2.
Классическая архитектура ЭВМ. Принципы фон
Неймана
3.
Схема ПК

2. Понятие архитектуры ЭВМ

Под архитектурой ЭВМ понимают
описание устройства и работы
компьютера, достаточное для
пользователя и программиста.
Понятие архитектуры не включает в себя
технические детали организации ЭВМ,
электронные схемы и т.д.
Понятие архитектуры отражает движение
информации в компьютере.

3. Принципы фон Неймана

1.Программное управление работой ЭВМ.
Программа состоит из команд.
Все команды образуют систему команд
машины.
Команды программы последовательно
считываются из памяти и выполняются.
Адрес очередной команды хранится в
счетчике команд.

4. Принципы фон Неймана

2.Принцип хранимой программы.
Команды представляются в числовой
форме и хранятся в той же памяти, что и
данные.

5. Принципы фон Неймана

3.Принцип условного перехода.
Можно нарушить естественную
последовательность команд в программе.
Используется в командах безусловного и
условного переходов

6. Принципы фон Неймана

4.Использование двоичной системы
счисления для представления
информации в ЭВМ.
Ее просто реализовать технически для
выполнения арифметических и логических
операций.
Ранее ЭВМ обрабатывали числа в
десятичном виде.

7. Принципы фон Неймана

Принцип иерархичности ЗУ.
1 уровень — Быстродействующее ОЗУ —
небольшой емкости для операндов и
команд, участвующих в счете в данный
момент,
2 уровень — внешнее ЗУ большей
емкости.
Иерархичность ЗУ в ЭВМ это компромисс
между емкостью и быстрым доступом к
данным.

8. Принципы фон Неймана

Фон Нейман предложил структуру ЭВМ.
Она использовалась в первых двух
поколениях ЭВМ.
Стрелки отражают движение информации.

9. Схема фон Неймана

Внешнее
запоминающее
устройство
Устройство
ввода
Процессор
АЛУ
УУ
Оперативное
запоминающее
устройство
Устройство
вывода

10. Устройства

Процессор. Программно-упраляемое
устройство, обрабатывает данные и управляет
работой компьютера.
Состоит из устройства управления (УУ) и
арифметико-логического устройства (АЛУ).
УУ управляет работой компьютера,
взаимодействием компонентов друг с другом.
АЛУ исполняет арифметические и логические
операции.

11. Устройства

Оперативное запоминающее устройство.
Хранит информацию, с которой компьютер
работает в данное время: программу,
исходные данные, промежуточные и
конечные результаты счета.
Эта память небольшого объема,
энергозависима.

12. Устройства

Внешнее запоминающее устройство.
Это были магнитные устройства для
долговременного хранения информации.
Большего объема, более медленные.
Магнитные барабаны, ленты, диски.

13.

Разработанная фон Нейманом
архитектура оказалась фундаментальной.
Его идеи используются и в современных
компьютерах.
Исключение составляют системы
параллельных вычислений, где
отсутствует счетчик команд.
Новые архитектурные решения очевидно
будут использованы в машинах 5
поколения

14. 3. Схема микрокомпьютера 4 поколения

В архитектуре персональных машин
реализован магистрально модульный
принцип:
Все устройства выполнены в виде
самостоятельно работающих модулей
Для связи всех устройств компьютера
используют шину, магистраль, по которой
передаются данные, адреса и
управляющие сигналы.

15.

Эту архитектуру еще называют открытой,
так как систему легко пополнить новыми
периферийными устройствами.

16. Схема ПК 4 поколения

17.

Компонеты PC
Системная плата — ядро системы. Главная деталь, с ней
все соединяется, она управляет всеми устройствами
системы. Содержит следующие компоненты:
1. Гнездо процессора;
2. Преобразователи напряжения питания процессора;
3. Набор микросхем системной логики;
4. Кэш-память второго уровня;
5. Гнезда памяти;
6. Разъемы (слоты) шины;
7. ROM BIOS;
8. Батарея для питания часов;
9. CMOS;
10. Микросхема ввода-вывода.

18. Внешний вид системной платы asus P5LD2 C

19.

Набор микросхем системной логики –
основа системной платы, управляет ЦП,
шиной процессора, кэш-памятью второго
уровня, оперативной памятью, шиной PCI,
ISA, ресурсами системы.
Определяет возможности системной
платы, поддерживаемые типы
процессоров, памяти, плат расширения,
дисководов и т.д.

20.

Модули памяти относятся к одному из
двух типов:
SIMM (Single Inline Memory Module) —
одиночный встроенный модуль памяти и
DIMM (Dual Inline Memory Module) —
двойной встроенный модуль памяти.

21. Задание

Используя указанный Учебник: В.Д. Сидоров, Н.В. Струмпэ.
Аппаратное обеспечение ЭВМ. Стр. 123-126, 162-170. ответить на
вопросы:
Укажите от чего зависит выбор размера и типа системного блока (СБ).
Составьте классификационную схему и охарактеризуйте типы СБ.
По каким стандартам в настоящее время изготавливают СБ.
Охарактеризуйте каждый из перечисленных стандартов (укажите
достоинства и недостатки).
Изобразите схему размещения основных узлов в корпусе стандарта
АТХ.
Перечислите требования, применяемые к СБ.
Из какого материала по вашему мнению, лучше всего изготавливать
СБ (ответ поясните).
Какие устройства поставляются совместно с СБ.
Каким образом осуществляется доступ к внутренним узлам ПК в СБ?

22.

Перечислите кнопки, располагающиеся на лицевой панели СБ?
Какие устройства являются источником тока для электрических сетей стационарной
энергосистемы? Охарактеризуйте принцип работы данных устройств.
Схематически изобразите трехфазную систему переменного тока. Укажите примеры
потребителей для 220 В и 380 В.
Укажите показатели качества, характеристики и единицы их измерения для
переменного электрического тока. Какими документами они регламентируются?
Сформулируйте определение понятий «защитное заземление», «полная мощность»,
«активная мощность».
С какой целью применяется заземление? Как правильно его устроить?
По каким стандартам в настоящее время изготавливают блоки питания (БП).
Охарактеризуйте каждый из перечисленных стандартов (укажите достоинства и
недостатки).
Перечислите, из каких устройств состоит блок питания. Укажите их назначение.
Каким образом БП крепится в СБ?
Перечислите и охарактеризуйте основные параметры БП.
Схематически изобразите структурную схему типового блока питания и дайте
подробную характеристику всем основным устройствам.
Охарактеризуйте работу компьютера в ждущем и спящем режиме (в каких случаях
используется тот или иной режим, в чем отличия).

23.

Вопросы и задания для проверки знаний
Блок А: Вопросы с коротким ответом
Какое устройство считается самым древним вычислительным инструментом?
Кто разработал концепцию «Аналитической машины» и кто считается первым
программистом?
Назовите главное конструктивное отличие Z3 Конрада Цузе от ENIAC.
Как называется архитектура, предложенная Джоном фон Нейманом, и её ключевой
принцип?
В чём основное различие между аналоговыми и цифровыми ЭВМ по принципу обработки
данных?
Перечислите элементную базу для каждого из четырёх поколений ЭВМ.
К какому поколению ЭВМ относится появление персональных компьютеров?
Для каких целей предназначены суперкомпьютеры? Приведите пример.
Что такое мейнфрейм и в каких областях он применяется?
К какому классу по размеру и назначению относятся микроконтроллеры?
Блок Б: Задания на сопоставление и анализ
Сопоставьте поколение ЭВМ с его ключевой характеристикой:
1-е поколение | А) Интегральные схемы, операционные системы
2-е поколение | Б) Электронные лампы, программирование в кодах
3-е поколение | В) Микропроцессоры, персональные компьютеры
4-е поколение | Г) Транзисторы, языки высокого уровня

24.

Расположите устройства в хронологическом порядке их создания:
Аналитическая машина Бэббиджа
Паскалина
ENIAC
Логарифмическая линейка
Табулятор Холлерита
Счёты
Проанализируйте и классифицируйте современный ноутбук по всем видам
классификации: (укажите: по принципу действия, поколению, назначению, размеру).
Объясните, почему смартфон можно считать представителем ЭВМ 4-го поколения, и к
какому классу по размерам его можно отнести.
Блок В: Вопросы для развёрнутого ответа (эссе)
Почему «Аналитическая машина» Чарльза Бэббиджа, несмотря на то что не была
построена при его жизни, считается важнейшим этапом в истории вычислительной
техники?
Опишите эволюцию носителей информации и способов ввода программ от перфокарт
Холлерита до современных ОС. Как это связано со сменой поколений ЭВМ?
Какие тенденции в развитии элементной базы и архитектур (например, квантовые
вычисления, нейроморфные чипы) могут лечь в основу компьютеров пятого поколения?
Дайте свою оценку.
Сравните классификацию «по поколениям» и «по размерам и возможностям». В чём их
принципиальное различие? Может ли один и тот же компьютер (например, современный
сервер) занимать разные места в этих классификациях? Объясните.