Технические средства реализации информационных процессов. (Тема 3) презентация

1. Аналоговые вычислительные машины
Аналоговое направление, получило наибольшее развитие в конце XIX — середине XX века.
В этот период были созданы:
планиметр (для вычисления площади плоских фигур),
курвиметр (определение длины кривых),
дифференциатор,
интегример (интегрирование графиков) и др. устройства.

Планиметр
Курвиметр

Логарифмическая линейка

В аналоговых вычислительных машинах (АВМ) каждому мгновенному значению исходной переменной величины ставится в соответствие мгновенное значение другой величины.
Оно может отличаться от исходной физической природой и масштабным коэффициентом.
По физической природе АВМ разделяют на пневматические, гидравлические, механические и электромеханические, электронные.

2. История создания и принципы постро-ения цифровых вычислительных машин

Арифмометр Однера (1874 г.)

Станок Жаккара (1804 г.)
Программное управление

Аналитическая машина Бебиджа (1830 г.)

Электромеханическая счетная машина Холлерита табулятор (1888 г.)

Немец Конрад Цузе (1910-1985) создал машину, по принципу действия подобную той, которую спроектировал Ч. Беббидж, но с использованием элементов, имеющих лишь два устойчивых состояния.

Релейно-механическая вычислительная машина Mark-I

Электронно-вычислительные машины

Принципы Дж. Фон Неймана
принцип двоичного кодирования
Машина должна работать не в десятичной системе счисления (как механические арифмометры), а в двоичной. Это означает, что программа и данные должны быть записаны в кодах двоичной системы

принцип программного управления
Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности

принцип однородности памяти
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. ЭВМ не делает различий, что хранится в данной ячейке памяти - число, текст или команда, поэтому над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными

принцип иерархии памяти
Чтобы достаточно быстро можно было считать, память компьютера следует организовать по иерархическому принципу.
Она должна состоять по крайней мере из двух частей: быстрой, но небольшой емкости (оперативной) и большой (и поэтому более медленной) внешней

принцип адресности
Структурно основная память должна состоять из пронумерованных ячеек и процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Структурная схема ЭВМ
(схема фон Неймана)

Процессор - устройство ЭВМ, обеспечивающее обработку данных по заданной программе.
Процессор также организует обмен данными и командами между устройствами ЭВМ.
Процессор может обрабатывать программы и данные, находящиеся только во внутренней памяти (оперативной и постоянной)

Оперативная память предназначена для хранения программ и данных и последующей передачи их другим устройствам ЭВМ в процессе обработки.
Внешняя память предназначена для долговременного хранения программ и данных.
Устройства ввода-вывода предназначены для ввода, корректировки и вывода программ и данных.

Структурная схема ЭВМ с шинной архитектурой

Устройство управления предназначено для управления работой всех компонентов компьютера и обеспечения должного взаимодействия различных компонентов друг с другом.
Арифметико-логическое устройство предназначено для исполнения арифметических и логических операций.

Регистр адреса команды (счетчик команд, программный счетчик) служит для формирования и запоминания адреса очередной выполняемой команды.
Регистр команд (РК) используется для хранения кода текущей выполняемой команды.
Регистры общего назначения (РОН) обычно не имеют конкретного функционального назначения. Чаще всего используются для хранения данных и результатов.

ОЗУ представляет собой совокупность ячеек памяти.
Ячейки последовательно пронумерованы целыми числами. Номер ячейки ОЗУ называется ее адресом.
ОЗУ позволяет обратиться к произвольной ячейке памяти путем указания ее адреса.

Принцип открытой архитектуры
Компьютеры с закрытой архитектурой разрабатывались исходя из того, что все его компоненты спроектированы для работы друг с другом, и не предусматривали оперативную замену или добавление новых устройств.
Фирма IВМ предложила модульный принцип построения ПК, который получил название открытой архитектуры. Позволяет выполнять оперативную замену или добавление новых устройств.

3. Классификация ЭВМ
Классификация по поколениям (в основе классификации лежит элементная база)
Машины 1-го поколения были созданы с использованием радиоламп

Машины 2-го поколения – элементная база- транзисторы

Машины 3-го поколения собирались на основе интегральных схем (ИС)

Процессор ЕС-1035

Зал вычислительного центра

Элементной базой машин 4-го поколения явились СБИС (микросхемы)

Прообразы ЭВМ пятого поколения

Классификация ПК по степени мобильности и исполнению

Карманные ПК

Суперкомпьютеры

Суперкомпьютеры фирмы Cray
Cray-2
Cray T90
Cray Y-MP
Cray-1