1. Эволюция вычислительной техники

Идея компьютера была предложена английским математиком Чарльзом Бэббиджем в середине 19 века и представляла механическую аналитическую машину. Первые цифровые вычислительные машины (ЦВМ) были созданы во время 2-ой мировой войны при создании атомной бомбы. Первые ламповые (электронные) ЭЦВМ были созданы в середине 40-х годов 20 века. На первых машинах одна и та же группа людей участвовала и в проектировании и в эксплуатации и в программировании ЦВМ. Это была скорее научно-исследовательская работа в области вычислительной техники (ВТ), а не использование ЭВМ в качестве инструмента решения задач.

1. Архитектура компьютера определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. Основное внимание при этом уделяется структуре и функциональным возможностям машины, которые можно разделить на основные и дополнительные.

   1. Основные функции определяют назначение ЭВМ: обработка и хранение Д., обмен Д. с внешними устройствами. Дополнительные функции повышают эффективность выполнения основных функций. Функции ЭВМ реализуются аппаратно-программными средствами компьютера.

   2. Архитектура эвм фон Неймана

2. Структура компьютера – это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия входящих в нее компонентов.

3. Основные блоки эвм и их назначение

4. Сумматор – центральный блок ЭВМ. Управляет работой всех блоков машины и выполняет арифметические и логические операции.

5. УУ – формирует и подает во все блоки машины сигналы управления.

   1. АЛУ - выполняет арифметические и логические операции. Иногда для ускорения операций к нему подключается математический сопроцессор.

   2. Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена Д. с прочими блоками машины. ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания И. (программ и Д.), непосредственно участвующих в вычислительном процессе в текущее время.

   3. Пульт управления — средство оператора для ввода/вывода данных в компьютер

   5. Типовая схема персонального компьютера

Включает много дополнительных блоков к основным фон Неймановским блокам, облегчающим работу на компьютере

Рассмотрим основные из них.

Микропроцессорная память (МПП) – служит для кратковременного хранения, записи и выдачи Д, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины.

Интерфейсная система микропроцессора реализует сопряжение и связь с другими устройствами компьютера.

Генератор тактовых импульсов генерирует последовательность электрических импульсов. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины.

Системная шина обеспечивает сопряжение и связь всех устройств машины между собой. Все блоки, а точнее их поры ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему – контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен Д. между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCI – кодов.

Основная память предназначена для хранения и оперативного обмена Д. с прочими блоками машины. ПЗУ ОП служит для хранения постоянной программной и справочной И. и работает в режиме считывания. ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания И. (программ и Д.), непосредственно участвующих в вычислительном процессе в текущее время.

Внешняя память используется для долговременного хранения любых Д. большого объема. Наиболее распространены накопители на жестких НЖМД и гибких НГМД. Имеются также накопители на оптических дисках (CD-ROM и CD-RW) и накопители на кассетной магнитной ленте (стримеры).

Таймер – внутри машинные часы, имеет автономный источник питания и используется для автоматического съема текущего времени.

Внешние устройства – важнейшие составляющие ЭВМ, во многом определяют возможности и эффективность использования ПК. По назначению делятся на:

1. Внешние ЗУ (внешняя память ПК),

2. Диалоговые средства пользователя,

3. устройства В/в,

4. средства связи и коммуникации.

Диалоговые средства это видеомонитор, пультовая пишущая машинка, устройства речевого ввода.

Устройства ввода Д.:

• клавиатура ПК,

• графические планшеты ( диджитайзеры) – ручной ввод графической И., изображений путем перемещения по планшету указателя (пера),

• сканеры (читающие автоматы). Осуществляют автоматическое считывание с бумажных носителей и ввод в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей,

• манипуляторы (устройства указания): джойстик – рычаг, мышь, трекбол, - шар в оправе, световое перо и др. для ввода графической И. на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК.

К устройствам вывода И. относятся:

• принтеры,

• графопостроители (плоттеры) – для вывода графической И.

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, АЦП И ЦАП и т. п. ) и для подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и выч-ым сетям ( модемы, сетевые интерфейсные платы, “стыки”, мультиплексоры передачи Д.).

Средства мультимедиа – комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с ПК, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др. Дополнительные схемы ПК: математический сопроцессор, контроллер прямого доступа в память, сопроцессор ввода-вывода, контроллер прерываний и др.

Конструктивно ПК выполнены в виде центрального системного блока, к которому через разъемы подключаются внешние устройства.

Системный блок обычно включает в себя системную (материнскую) плату, блок питания, накопители на дисках, разъемы для дополнительных устройств и платы расширения с контроллерами – адаптерами внешних устройств. На материнской плате размещаются:

• микропроцессор,

• математический сопроцессор,

• генератор тактовых импульсов,

• блоки ОЗУ ПЗУ,

• адаптеры клавиатуры, НЖМД и НГМД,

• контроллер прерываний,

• таймер и др.

Внутримашинный системный интерфейс – система связи и сопряжения узлов и блоков ЭВМ между собой – представляет собой совокупность электрических линий связи, схем сопряжения с компонентами ПК, протоколов (алгоритмов) передачи и преобразования сигналов.

Существуют 2 варианта организации внутримашинного интерфейса.

1. Многосвязный интерфейс: каждый блок ПК связан с прочими своими локальными проводами.

2. Односвязный интерфейс: все блоки ПК связаны друг с другом через общую или системную шину.

В современных ПК в качестве системного интерфейса, как правило, используется системная шина.

Они бывают 2 типов:

• Шины расширений – шины общего назначения, позволяющие подключать большое число самых разнообразных устройств,

• Локальные шины, обслуживающие небольшое кол-во устройств определенного класса.

Шины расширений:

• Шина ISA ( Industry Standard Architecture). 16 – разрядная шина Д. с пропускной способностью 4-5 Мбайт/сек.

• Шина EISA (Extended ESA). 32 - разрядная шина Д. с пропускной способностью до 33 Мбайт/сек, с возможностью подключения до 15 устройств.

Из локальных шин отметим шину PCI – (Intel. 1993 год). Позволяет подключать до 10 самых разных устройств с возможностью автоконфигурирования, имеет свой “арбитраж”, средства управления передачей Д. Выполняет многие функции шины расширения. Шина пока еще дорогая.

Каждый пользователь собирает конфигурацию под свои задачи.

BIOS (Basic Input/Output System) – сокращенное имя базовой система ввода-вывода. Это набор программных модулей дающих возможность взаимодействия с базовыми устройствами компьютера, первоначальной их инициализации, тестирования и загрузки ОС.

BIOS – это “прослойка” между аппаратурой компьютера и ОС, которая создается до начала работы ОС. Иными словами, это унифицированный интерфейс для работы с различными аппаратными платформами. Это комплект низкоуровневых утилит и драйверов, имеющих жесткую привязку к аппаратным устройствам. Программный код BIOS хранится на чипе в ROM (Read-only-Memory, память только для чтения или ПЗУ (постоянное ЗУ)). Она “прожигается” при изготовлении компьютера. Сейчас появились микросхемы с программируемой постоянной памятью PROM, стираемой программируемой постоянной памятью EPROM (Erasable PROM) стираемой программируемой постоянной памятью EPROM (Erasable PROM) и электронно--стираемой программируемой постоянной памятью EEPROM (Electricity Erasable PROM), иначе называемые Flash ROM, которая получили наибольшее распространение.

Сразу после включения питания начинает работать модуль BIOS. Он проверяет работоспособность аппаратуры компьютера с помощью процедуры самотестирования POST (Power- On-Self-Test)). POST тестирует центральный процессор, системную память, видеоадаптер, устройства в/в, проверяет целостность CMOS (по контрольной сумме), DMA-контроллер и контроллер прерываний, IDE-контроллер и подключенные к нему устройства. Если обнаружена ошибка, то компьютер сигнализирует особыми звуковыми сигналами.

Отметим некоторые типичные сигналы:

• Один короткий сигнал – процедура POST завершилась успешно.

• Два коротких сигнала – обнаружены некритичные установки CMOS.

• Один длинный непрерывный сигнал – неисправен блок питания,

• Повторяющиеся длинные гудки – ошибка ОЗУ.

После успешного завершения POST, начинается инициализация устройств системы, настройка их на параметры конфигурации, хранимые в CMOS и загрузка драйверов. Следует различать памяти CMOS и BIOS – это две взаимосвязанные, но различные структуры, хранящиеся в разных местах компьютера. CMOS – энергозависимая память (питание от аккумулятора компьютера), в которой хранятся текущие настройки вычислительной системы, которые можно менять утилитой CMOS Setup.

Кроме системной BIOS, имеются BIOS других компонентов системы (например, RAID и SCSI контроллеры). При необходимости системная BIOS передает управления BIOS этих устройств. После завершения этапа инициализации устройств, загрузки драйверов, установки параметров текущей конфигурации системы начинается поиск загрузочной записи ОС в соответствии с очередью CMOS. В соответствии с кодом загрузочной записи управление передается загрузчику ОС, который и загружает ядро ОС.

BIOS позволяет улучшить функционирование вычислительной системы. Это достигается двумя путями:

• Сменой BIOS на более современную версию от производителя платформы.

• Изменением текущих настроек утилитой CMOS Setup.

Элементная база ЭВМ

1. Реле

2. Электронные лампы

3. Полупроводники

4. БлокиМикросхемы

5. интегральные системы

6. БИС (Большие интегральные системы)

7. СБИС (СверхБольшие интегральные системы)

8. Квантовые системы

9. Нейросхемы

Устройства ввода/ вывода:

5. Пульт управления

6. Электрическая пишущая машинка (ЭПМ)

7. Телетайп

8. Дисплей (монохроматический, цветной, 2D,3D)

9. Голографический

Типы Данных:

3. Логическая переменная

4. Числа: Целые, Вещественные, Комплексные

5. Литерная строка

6. Графическая строка

7. Аудио

8. Видео

9. Образ (Голограмма)

Лекция 3

Задачи: Логики:

1. Формализуемые 1. Формальная логика

2. Плохо формализуемые 2. Диалектическая логика

3. Твоческие (неформализуемые) 3. Триалектика