Читайте также:
|
Люди учились считать, используя собственные пальцы. Когда этого оказалось недостаточно, возникли простейшие счетные приспособления. На Руси незаменимым инструментом торговцев и чиновников были счеты, которыми умели пользоваться просто виртуозно. С территории нашей страны этот простой и полезный прибор проник и в Западную Европу с остатками наполеоновской армии, разгромленной в России в 1812 году...
Первым механизирующим счет устройством была счетная машина, построенная в 1642 году выдающимся французским ученым Блезом Паскалем. Механический компьютер Паскаля содержал набор вертикально установленных колес с нанесенными на них цифрами от 0 до 9. Если такое колесо совершало полный оборот, оно сцеплялось с соседним колесом и поворачивало его на одно деление. Число колес определяло число разрядов. В 1673 году немецкий философ и математик Лейбниц создал механическое счетное устройство, которое не только складывало и вычитало, но и умножало и делило. Машина Лейбница имела зубчатые числовые колеса девяти различных длин и вычисления производились за счет сцепления колес. Именно несколько видоизмененные колеса Лейбница стали основой массовых счетных приборов — арифмометров, которыми широко пользовались не только в XIX веке, но и сравнительно недавно ваши дедушки и бабушки.
Есть в истории вычислительной техники ученые, чьи имена связаны с наиболее значительными открытиями в этой области. Среди них английский математик XIX века Чарльз Бэббидж, которого часто называют «отцом современной вычислительной техники».
В 1823 году Бэббидж начал работать над своей вычислительной машиной. Она должна была состоять из двух частей: вычисляющей и печатающей. Компьютер предназначался для помощи британскому морскому ведомству в составлении различных мореходных таблиц. Машина не была закончена, но, создавая ее, Бэббидж выдвинул идеи, без которых не было бы и современных компьютеров. Он пришел к выводу, что компьютер должен иметь устройство, где будут храниться числа, предназначенные для вычислений.
Одновременно там же должны находиться и указания (команды) машине о том, что с этими числами делать. Следующие одна за другой команды получили название программы работы компьютера, а устройство для хранения всей перечисленной информации назвали памятью машины.
Однако хранение чисел даже вместе с программой — только полдела. Главное, машина должна с этими числами производить указанные в программе операции: например, складывать их или делить, а может, возводить в степень. Рассуждая так, Бэббидж понял, что наиболее успешно это можно делать, только если в машине будет специальный вычислительный блок — процессор. Как мы скоро увидим, именно по такому принципу устроены современные компьютеры.
Первым программистом была англичанка Ада Ловлейс, в честь которой уже в наше время был назван язык программирования Аda.
История вычислительной техники уникальна прежде всего фантастическими темпами развития. Еще 5О лет назад в мире вообще не было ни одного компьютера. Слово "компьютер" (вычислитель) не имело никакого отношения к машине. Оно относилось к человеку, который в силу своей профессии должен был производить определенные расчеты, вычисления.
Первое поколение ЭВМ (1945-1955 гг.) имело базовую систему элементов на электронных лампах. Одна из первых ЭВМ была создана в 1946 году в США. Она весила около 3О тонн и имела скорость вычислений порядка 1000 операций в секунду. Размер ламповых ЭВМ составлял десятки квадратных метров, потребляемая мощность составляла до сотен киловатт. Такая мощность приводила к перегреву элементов.
Второе поколение ЭВМ (1955-1965 гг.) имело базовую систему элементов на транзисторах, которые были изобретены в 1948 г. Они отличались от электронных ламп малыми размерами и малой потребляемой мощностью. Было повышено быстродействие компьютеров до миллионов операций в секунду.
Третье поколение ЭВМ (1965-1980 гг.) было построено на интегральных схемах (ИС). Мощности, потребляемые компьютером уменьшилось до сотен ватт, а быстродействие удалось довести до десятков миллионов операций в секунду.
Четвертое поколение ЭВМ (с 1980 г.) было построено на больших и сверхбольших интегральных схемах.
В августе 1981 года корпорация IBM (International Business Machines) сообщила о выпуске самой компактной и недорогой компьютерной системы - IBM Personal Computer - для применения в бизнесе, школе и дома стоимостью 1565$. Новизна этого сообщения состояла в том, что тогда впервые было произнесено столь привычное сегодня словосочетание "Personal Computer" (PC).
Сегодня историю развития информационных технологий можно условно разделить на два этапа - "до" и "после" возникновения персональных компьютеров (ПК). Если до 80-х годов вычислительная техника развивалась без опоры на рынок (ЭВМ были отделены от массового пользователя - с ними работали только специалисты), то сегодня компьютер из инструмента для больших организаций стал орудием каждого. Это связано с тем, что за последние годы работать с ПК стало намного проще. Они становятся полезными широкому кругу людей и изменили сам характер трудовой деятельности.
Компьютер - это электронное устройство, которое выполняет операции ввода информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком.
Вычислительные устройства, использующие непрерывную форму представления информации, называются аналоговыми вычислительными машинами (АВМ).
Вычислительные устройства, использующие дискретную форму представления информации, называются цифровыми вычислительными машинами (ЦВМ).
Для обработки информации компьютер должен иметь устройство, выполняющее основные арифметические и логические операции над числовыми данными. Такие устройства называются арифметико-логическими устройствами (АЛУ). В основе АЛУ лежит устройство, реализующее арифметическую операцию сложения двух целых чисел. Остальные арифметические операции реализуются с помощью представления чисел в дополнительном коде.
Впервые принцип вычислительной машины с автоматическим выполнением команд предложил американский ученый фон Нейман. Он описал основные узлы, которые должна содержать такая машина. Этот принцип получил название фон-неймановской вычислительной машины.
Машина фон Неймана состояла из памяти, АЛУ, устройства ввода-вывода и устройства управления. Большинство компьютерных систем в настоящее время построено именно по этому принципу.
Архитектура ПК — это общее описание структуры и функций компьютера на уровне, достаточном для понимания принципов его работы. Основные компоненты архитектуры компьютера — процессор, внутренняя (основная) память, внешняя память, устройства ввода, устройства вывода.
Центральный процессор — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.
Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.
Память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя память ПК включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. ОЗУ — это память, используемая как для чтения, так и для записи информации. При отключении электропитания информация в ОЗУ исчезает (энергозависимость). Основные характеристики оперативной памяти: объем памяти и время доступа. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти, чем меньше, тем лучше.
ПЗУ — быстрая, энергонезависимая память. ПЗУ — это память, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). В ПЗУ хранится программа первоначальной загрузки ЭВМ, программы контроля оборудования и другая информация.
Практически все модели современных ПК имеют магистральный тип архитектуры: информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через информационную магистраль (другое название — общая шина). Магистраль — это кабель, состоящий из множества проводов. По одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) — адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали — шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.). Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине (как письмо сопровождается адресом на конверте). Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства.
Внешняя память - это память, реализованная в виде устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя, предназначенная для долговременного хранения информации. В частности, в внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Физически, внешняя память реализована в виде накопителей.
Самыми распространенными являются накопители на магнитных дисках, которые делятся на накопители нажестких магнитных дисках (НЖМД), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на оптических дисках, такие как накопители CD-ROM и DVD-ROM. В настоящее время большое распространение получил новый тип памяти – флэш-память, которая представляет собой микросхему перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства с неограниченным числом циклов перезаписи.
НЖМД - это основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. Другие названия: жесткий диск, винчестер, HDD (Hard Disk Drive). Внешне, винчестер представляет собой плоскую, герметически закрытую коробку, внутри которой находятся на общей оси находятся несколько жестких алюминиевых или стеклянных пластинок круглой формы. Поверхность любого из дисков покрыта тонким ферромагнитным слоем (вещество, которое реагирует на внешнее магнитное поле), собственно на нем хранятся записанные данные. При этом запись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних) с помощью блока специальных магнитных головок. Каждая головка находится над рабочей поверхностью диска на расстоянии 0,5-0,13 мкм. Пакет дисков вращается непрерывно и с большой частотой (4500-10000 об/мин), поэтому механический контакт головок и дисков недопустим. В накопителе может быть до десяти дисков. Существует огромное количество разных моделей жестких дисков многих фирм. Жесткий диск можно разбить на логические диски. Это удобно, поскольку наличие нескольких логических дисков упрощает структуризацию данных, хранящихся на жестком диске.
Гибкие носители для НГМД выпускают в виде дискет (другое название флоппи-диск), которые используются, в основном, для оперативного переноса небольших объемов информации с одного компьютера на другой. Основными параметрами дискеты является технологический размер (в дюймах) и полная емкость. В настоящее время стандартом являются дискеты размером 3,5 дюйма, имеющие емкость 1,44 Мбайта.
Аббревиатура CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) переводится как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-дисков. Принцип действия этого устройства состоит в считывании цифровых данных с помощью лазерного луча, который отражается от поверхности диска. В качестве носителя информации используется обычный компакт-диск CD. Цифровая запись на компакт-диск отличается от записи на магнитные диски высокой плотностью, поэтому стандартный CD имеет емкость порядка 700 Мбайт. Основной недостаток стандартных CD-ROM - невозможность записывания данных, но существуют устройства однократной записи CD-R и многоразовой записи CD-RW.
Накопитель DVD (Digital Video Disk) отличается от CD-ROM тем, что на одной стороне DVD-диска может быть записано до 4,7 Гбайт, а на двух - до 9,4 Гбайт.
Процесс взаимодействия пользователя с ПК непременно включает процедуры ввода входных данных и получение результатов обработки этих данных. Поэтому, обязательными составляющими типичной конфигурации ПК являются разнообразные устройства ввода-вывода, среди которых можно выделить стандартные устройства, без которых современный процесс диалога вообще невозможен, и периферийные, т.е дополнительные. К стандартным устройствам ввода-вывода относятся монитор, клавиатура и манипулятор "мышка".
Монитор (дисплей) - это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовых и графических данных. В зависимости от принципа действия, мониторы делятся на: мониторы с электронно-лучевой трубкой и дисплеи на жидких кристаллах.
С точки зрения пользователя, основными характеристиками монитора являются размер по диагонали и разрешающая способность. Экран монитора измеряется по диагонали в дюймах. Размеры колеблются от 9 дюймов (23 см) до 42 дюймов (106 см). Чем больше экран, тем дороже монитор. Распространенными являются размеры 14, 15, 17, 19 и 21 дюйма.
В графическом режиме работы изображение на экране монитора состоит из точек (пикселей). Количество точек по горизонтали и вертикали, которые монитор способный воссоздать четко и раздельно называется его разрешающей способностью. Выражение "разрешающая способность 800х600" означает, что монитор может выводить 600 горизонтальных строк по 800 точек в каждой. Стандартными являются такие режимы разрешающей способности: 800х600, 1024х768, 1152х864 и выше. Чем больше разрешающая способность, тем лучше качество изображения. Качество изображения также связанно с размером экрана.
Клавиатура - это стандартное клавишное устройство ввода, предназначенное для ввода алфавитно-цифровых данных и команд управления. Клавиатуры имеют по 101-104 клавише. Набор клавиш клавиатуры разбит на несколько функциональных групп: алфавитно-цифровые; функциональные; управления курсором; служебные; клавиши дополнительной панели.
Мышка - это устройство управления манипуляторного типа. Она имеет вид небольшой пластмассовой коробочки с двумя (или тремя) клавишами. Перемещение мышки по поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта, который называется курсор мышки, по экрану монитора. В отличие от клавиатуры, мышка не является стандартным устройством управления, поэтому для работы с ней требуется наличие специальной системной программы - драйвера мышки.
Существует понятие базовой конфигурации компьютера, которую можно считать типичной:
Системный блок - основная составляющая ПК. Устройства, находящиеся в нем называют внутренними, а устройства, подсоединенные извне называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода и вывода информации называются также периферийными.
Основные узлы системного блока:
электрические платы, руководящие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.п.);
накопитель на жестком диске (винчестер), предназначенный для чтения или записи информации;
накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков (дискет).
Периферийные или внешние устройства расширяют возможности компьютера. Прежде всего - это принтеры, плоттеры, модемы, сканеры и т.д. Понятие "периферийные устройства" довольно условное. К их числу можно отнести, например, накопитель на компакт-дисках, если он выполнен в виде самостоятельного блока и соединен специальным кабелем к внешнему разъему системного блока. И наоборот, модем может быть внутренним, то есть конструктивно выполненным как плата расширения, и тогда нет оснований относить его к периферийным устройствам.
В современном ПК реализован принцип открытой архитектуры. Этот принцип позволяет менять состав устройств (модулей) ПК. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие. Возможно увеличение внутренней памяти, замена микропроцессора на более совершенный. Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали осуществляется через специальный блок — контроллер (другое название — адаптер). Программное управление работой устройства производится с помощью специальной программы — драйвера устройства.
Современную архитектуру компьютера определяют следующие принципы:
1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Команды программы расположены в памяти друг за другом, тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.
Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “STOP”.
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).
3. Принцип произвольного доступа к памяти. В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.
Описанный принцип построения ЭВМ носит название архитектуры фон Неймана - американского ученого венгерского происхождения Джона фон Неймана, который ее предложил (1945 г.).
Качество компьютера характеризуется многими показателями. Это и набор команд, которые компьютер способный понимать, и скорость работы (быстродействие) центрального процессора, количество периферийных устройств ввода-вывода, присоединяемых к компьютеру одновременно и т.д. Главным показателем является быстродействие - количество операций, какую процессор способен выполнить за единицу времени.
Дата добавления: 2014-12-23; просмотров: 46 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |