Архитектура компьютера.

2.Основные этапы развития вычислительной техники. Поколения эвм. Элементная база компьютеров. Серии интегральных схем. Комбинационная и последовательная логика.

Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на базе механических часов в 1623 году. Разработал его Вильгельм Шикард. В 1642 году французский механик Блез Паскаль разработал более компактное суммирующее устройство, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно. В 1673 году немецкий математик и философ Г.В.Лейбниц создал механический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления путём многократного повторения операций сложения и вычитания. Идея программирования механических устройств с помощью перфорированной бумажной ленты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке Жаккарда.19в. Чарльз Бэббидж – Аналитическая машина. Её особенность в том, что здесь впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные.

Поколения: 1. ЭВМ на эл. лампах, быстродействие порядка 20000 операций в секунду, для каждой машины существует свой язык программирования. (“БЭСМ”,”Стрела”). 2. В 1960 г. в ЭВМ были применены транзисторы, изобретённые в 1948 г., они были более надёжны, долговечны, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен заменить ~40 эл. ламп и работает с большей скоростью. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты. (“Минск-2”,”Урал-14). 3. В 1964 г. появились первые интегральные схемы (ИС), которые получили широкое распространение. ИС - это кристалл, площадь которого 10 мм². 1 ИС способна заменить 1000 транзисторов. 1 кристалл - 30-ти тонный “Эниак”. Появилась возможность обрабатывать параллельно несколько программ. 4. Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма. (“Иллиак”,”Эльбрус”). 5. Синтезаторы, звуки, способность вести диалог, выполнять команды, подаваемые голосом или прикосновением.

Развитие элементной базы компьютеров

В 40-х и 50-х годах компьютеры создавались на основе электронных ламп. Поэтому компьютеры были очень большими (они занимали огромные залы), дорогими и ненадежными — ведь электронные лампы, как и обычные лампочки, часто перегорают. Но в 1948 г. были изобретены транзисторы — миниатюрные и недорогие электронные приборы, которые смогли заменить электронные лампы. Это привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и повышению их надежности. Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов был созданы и значительно более компактные внешние устройства для компьютеров, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. дол. (компьютеры 40-х и 50-х годов обычно стоили миллионы дол.). После появления транзисторов наиболее трудоемкой операцией при производстве компьютеров было соединение и спайка транзисторов для создания электронных схем. Но в 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел способ, позволяющий создавать на одной пластине кремния транзисторы и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В 1968 г. фирма Burroughs выпустила первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти.

Интегральная схема – некоторая функциональная схема, выполненная на кристалле по определенной технологии.

Цифровые интегральные микросхемы предназначены для обработки и хранения информации, представленной в виде двоичных чисел. Выпускаются ИМС сериями.

Серия ИС – группа ИС, которые функционально и конструктивно совместимы между собой.

Все ИМС можно разделить на две группы:

С комбинационной логикой (примитивные автоматы) – любая комбинация входных сигналов однозначно определяет значение функции, т. е. величину Y. Все логические элементы: сумматоры, АЛУ, преобразователи кодов.

С последовательной логикой (автоматы с памятью) – результат (значение функции) зависит не только от входного сигнала, но и от предыстории. Регистры, счетчики. Отличаются от первых наличием обратных связей. Описываются таблицей истинности с колонкой тактов.

Основой каждой серии цифровых микросхем является базовый логический элемент, на котором могут быть собраны устройства, выполняющие любые логические операции. Обычно в качестве базовых берут элементы, выполняющие операции И-НЕ или ИЛИ-НЕ.