
- •Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
- •1.Предисловие
- •2.Замечания по терминологии
- •3.Кибернетика и информатика
- •4.Предпосылки информатики
- •4.1.Мечта человека об искусственном человеке
- •4.2.Усилители физической и умственной деятельности человека
- •4.3.Ключевые проблемы информатики
- •5.Формализация естественного языка как средства общения.
- •6.Формализация физических характеристик среды обитания
- •6.1.Дискретные и непрерывные множества
- •6.2. Понятия измерительной шкалы, числа и измерения
- •6.3.Натуральное число
- •6.4.Позиционная система счисления
- •6.5.Натуральная числовая прямая
- •6.6.Целые числа (положительные и отрицательные)
- •6.7.Вещественные числа
- •7.Формализация физических зависимостей
- •7.1.Функции
- •7.2.Элементарные функции
- •7.3.Элементарная алгебра, аналитические и численные вычисления
- •8.Аналоговые и цифровые вычислители
- •9.Простейшие вычислители
- •9.1.Аналоговые вычислительные линейки
- •9.2.Цифровой абак и русские счеты
- •9.3.Цифровые механические арифмометры
- •9.4.Хронология событий.
- •10.Аналитические машины Чарльза Беббиджа.
- •11.Формализация рассуждений
- •11.1.Логика рассуждений
- •11.2.Логические функции и алгебра логики
- •11.3.Алгебра логики и алгебра релейно - контактных схем
- •12.Накануне компьютерной эры
- •12.1. Зарождение цифровых систем управления
- •12.2.Перфокарточные сортировальные машины
- •12.3.Методология моделирования
- •13.Теоретические модели вычислений
- •13.1.Алгоритм и его свойства
- •13.2.Проблема слов в ассоциативном исчислении
- •13.3.Нормальный алгоритм Маркова
- •13.4.Рекурсивные функции
- •13.5.Машина Тьюринга
- •13.6.Равнодоступная адресная машина
- •14.Пионеры зарубежной компьютеризации
- •15.Становление информатики в России. Борьба за признание
- •16.Два типа электронных вычислительных машин
- •16.1.Аналоговая вычислительная машина (авм)
- •16.2.Цифровая электронная вычислительная машина (компьютер, эвм)
- •16.3.Аналог или цифра
- •17.Пионеры отечественной компьютеризации
- •18.Становление информатики в России. Начальный период
- •19.Оригинальные отечественные серийные эвм (компьютеры)
- •19.1.Эвм Стрела
- •Элементная база
- •Программное обеспечение
- •Описание машины
- •Технико-эксплуатационные характеристики
- •Особенности эвм
- •19.2.Семейство эвм "м-20"
- •Структура эвм
- •Элементная база
- •Программное обеспечение
- •Технико-эксплуатационные характеристики
- •Особенности машины
- •Об использовании эвм м-20
- •Описание машины
- •Элементная база
- •Программное обеспечение
- •Технико-эксплуатационные характеристики
- •Особенности эвм
- •19.3.Семейство эвм "бэсм"
- •19.3.1.Бэсм-1
- •Структура эвм
- •19.3.2.Бэсм-2
- •Структура эвм
- •19.3.3.Бэсм-4
- •Структура эвм
- •Элементная база
- •Программное обеспечение
- •Технико-эксплуатационные характеристики
- •19.4.Семейство эвм "Минск"
- •19.4.1.Минск-1
- •19.4.2.Минск-2
- •19.4.3.Минск -22
- •19.4.4.Минск-23
- •19.4.5.Минск-32
- •Описание машины
- •Программное обеспечение
- •Технико-эксплуатационные характеристики
- •Особенности эвм
- •19.5.Семейство эвм "Урал"
- •19.5.1.Урал-1, Урал-2, Урал-3, Урал-4
- •Описание машины
- •Элементная база
- •Программное обеспечение
- •Основные эксплуатационно-технические данные
- •Особенности эвм
- •19.5.2.Урал-11, Урал-14, Урал-16
- •Описание машины
- •Элементная база
- •Программное обеспечение.
- •Основные эксплуатационно-технические данные машины “Урал-11”
- •Особенности эвм
- •19.6.Эвм "Весна" и "Снег"
- •19.7.Эвм бэсм-6
- •Описание машины
- •Элементная база
- •Программное обеспечение
- •Технико-эксплуатационные характеристики
- •Особенности машины
- •19.8.Многопроцессорные вычислительные комплексы "Эльбрус"
- •Описание машины.
- •Элементная база
- •Программное обеспечение
- •Типовые комплектации
- •Производительность
- •19.9.Управляющие эвм
- •20.Эволюция элементарной базы и поколения эвм
- •20.1.Базисные логические элементы
- •20.2.Элементы регистровой памяти
- •20.3.Элементы памяти на магнитных сердечниках.
- •20.4.Интегральные схемы
- •20.5.Поколения эвм
- •21.Американская система ibm-360
- •22.Семейство Ряд "ес эвм"
- •22.1.Хронология создания
- •22.2.Ес эвм. Крупнейший промах или всеобщее счастье?
- •23.Автоматизация программирования
- •23.1.От двоичных кодов к ассемблерам - языкам символьного кодирования
- •Ассемблеры
- •Программы - загрузчики
- •23.2.Языки программирования высокого уровня
- •23.3.Трансляция программ
- •24.Первые компьютеры Сарова
- •25.Начало компьютеризации Нижегородского госуниверситета
- •26.Они были первыми
- •26.1.Конрад Цузе
- •26.2.А лан Тьюринг
- •26.3.Джон Маулчи и Джон Эккерт
- •26.4.Джон фон Нейман
- •26.5.А ксель Берг
- •26.6.В иктор Глушков
- •26.7.Сергей Лебедев
- •26.8.Исаак Брук
- •26.9.Николай Матюхин
- •26.10.Михаил Карцев
- •26.11.Юрий Базилевский
- •26.12. Башир Рамеев
- •26.13.Георгий Лопато
- •26.14. Всеволод Бурцев
- •27.Приложения
- •27.1.Основные черты кибернетики
- •27.1.1.Общенаучное значение кибернетики
- •27.1.2.Электронные счетные машины и нервная система
- •27.1.3.Прикладное значение кибернетики
- •27.2."Сигнал" Игоря Полетаева
- •27.3.Хронология компьютеростроения
- •Литература
- •Оглавление
16.2.Цифровая электронная вычислительная машина (компьютер, эвм)
В отличие от электронной аналоговой вычислительной машины, электронные цифровые вычислительные машины – компьютеры, представляют числа состояниями ячеек памяти, и эти состояния интерпретируются как записи чисел в двоичной позиционной системе счисления. Совокупности записей чисел образуют наборы данных.
Существо работы цифрового компьютера состоит в преобразовании исходного набора данных в результирующий набор данных по правилам, задаваемым алгоритмом решения задачи. Алгоритм решения задачи кодируется в виде двоичной программы, которая хранится в той же памяти, что и данные.
Таким образом, компьютер являет собой дискретную, программно-управляемую машину преобразования данных, со сменной программой. В отличие от аналоговой вычислительной машины, компьютер имеет постоянную структуру аппаратурных блоков, которая не изменяется при переходе от решения одной задачи к решению другой задачи (рис.57). При таком переходе изменяется только программа.
Рис. 57. Структурная схема компьютера
Равнодоступная оперативная память прямого доступа непосредственно взаимодействует с устройствами центра. Термин "прямой доступ" означает доступ к ячейкам оперативной памяти по адресам, "равнодоступность" означает, что время доступа к конкретному адресу не зависит от того, к какому адресу было предыдущее обращение. В американской терминологии такой способ доступа называется "случайным".
Примечание. По сути дела, компьютеры аппаратно реализуют теоретическую модель вычислений – равнодоступную адресную машину (см. 11.6).
Как сказано выше, работой компьютера управляет программа, которая являет собой текст, строками которого служат команды. Команды подразделяются на два класса:
команды преобразования данных, приказывающие компьютеру вычислить базисные арифметические или логические функции (арифметические и логические команды соответственно);
команды передачи управления, приказывающие компьютеру изменить последовательное выполнение команд преобразования данных
Арифметико-логическое устройство автоматически выполняет команды преобразования данных (арифметические и логические), устройство управления реализует принцип программного управления компьютером, который формулируется в двух пунктах:
программа, представленная в двоичных кодах, хранится в той же памяти, что и данные;
имеется электронное устройство: последовательно выбирающее команды программы из памяти, предающее команды преобразования данных в арифметико-логическое устройство, и выполняющее команды передачи управления.
Представление о работе компьютера дает алгоритм главного цикла компьютера, который, по сути дела, реализует сформулированный выше принцип программного управления. Здесь используются следующие обозначения:
СЧК - счетчик команд, содержимое которого в каждый момент времени указывает адрес текущей исполняемой команды программы;
КК, <операнды> - команда (код команды и операнды команды);
РК – регистр команд, хранящий текущую исполняемую команду;
Алгоритм главного цикла компьютера
1: СЧК := адрес в памяти первой команды программы;
2: РК := ПАМ[СЧК]; /прием очередной команды на регистр команд/
3: СЧК := СЧК+1; /установка адреса следующей команды,
4: Если КК = "ОСТАНОВ" то конец выполнения программы;
5: Если КК = имя команды преобразования данных то передача команды с РК в АЛУ для исполнения;
6: Если КК = имя команды управления то передача операнда (адреса перехода) в счетчик команд;
7: Повторение 2.
Устройства ввода осуществляют загрузку в оперативную память программы решения прикладной задачи и исходных данных для этой задачи. Устройства вывода реализуют визуализацию результатов решения прикладной задачи. В первом поколении компьютеров ввод информации в оперативную память осуществлялся с перфокарт, результаты вычислений печатались на бумажной ленте.
С самых первых шагов становления компьютеров и по сей день, программистам не хватает емкости оперативной памяти для решения прикладных задач. И это, несмотря на то, что электронщики постоянно реализуют оперативную память все большей и большей емкости. (Если оперативная память первых компьютеров имела емкость в 1 килобайт, то объем оперативной памяти современных компьютеров превышает гигабайт).
Постоянный дефицит оперативной памяти вызван стремлением программистов решать все более и более сложные прикладные задачи. Да и системные программисты, разрабатывая операционные системы и компиляторы, не озабочены экономией памяти.
Вследствие этого, уже в первых моделях компьютеров появилась двухуровневая память: быстрая и небольшой емкости – оперативная; и медленная, но большой емкости – внешняя (внешние запоминающие устройства, внешние накопители). В качестве внешних накопителей использовались, последовательно, магнитные ленты, магнитные барабаны, магнитные диски (см. ниже). Первоначально был реализован прямой доступ к блокам данных, хранящихся на внешнем накопителе, но электромеханическая конструкция этого накопителя не позволяла осуществить равнодоступность данных (как в оперативной памяти).