1) Архитектура - это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных функциональных узлов. На этом уровне не требуется знание схемных решений современной радиотехники и микроэлектроники. Последнее вообще выходит за пределы информатики, оно требуется лишь разработчикам физических элементов компьютеров.

Уровень архитектуры достаточно глубок, он включат вопросы управления работой ЭВМ (программирования) на языке машинных команд (ассемблера). Такой способ управления гораздо сложнее, чем написание программ на языках высокого уровня и, тем не менее, без представления о нем невозможно понять реальную работу компьютера.

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения)

Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

К первому аналоговому вычислительному устройству относят обычно логарифмическую линейку, появившуюся около 1600. Графики и номограммы — следующая разновидность аналоговых вычислительных устройств — для определения функций нескольких переменных; впервые встречаются в руководствах по навигации в 1791. В 1814 английский учёный Дж. Герман разработал аналоговый прибор — планиметр, предназначенный для определения площади, ограниченной замкнутой кривой на плоскости. Планиметр был усовершенствован в 1854 немецким учёным А. Амслером. Его интегрирующий прибор с катящимся колесом привёл позднее к изобретению английским физиком Дж. Томсоном фрикционного интегратора. В 1876 другой английский физик У. Томсон применил фрикционный интегратор в проекте гармонического анализатора для анализа и предсказывания высоты приливов в различных портах. Он показал в принципе возможность решения дифференциальных уравнений путём соединения нескольких интеграторов, однако из-за низкого уровня техники того времени идея не была реализована.

2) Превое поколение в 50 годы (эниак). Быстродействие 1мили секунда,плотность упаковки 0,1элемент в 1 см кубическом,электронные лампы.

Второе покаление в 60 г. дискретные полупроводники (отдельные), быстродействие 1 микросекунда ,плотность упаковки 3 элемента в 1 см кубическом (Марк-1, М-20, Мир, Бэсон)

Третье покаление в 70 г.интегральные микросхемы, Быстродействие от10до1 наноединиц, плотность упаковки от 10 до 100 в 1 см кубическом ( Урал, Эйпл-1)

Четвёртое покаление 80 г.(Эльбрус IBM) На сверх блольших интегральных микросхемах Быстродействие мение 1 нано секунды плотность упаковки более 10 тыс в 1 см кубическом

Пятое покаление 90 г. с параллельно работающими микропроцессороми

Шестое прокаление ЭВМ с параллелизмом и нейтронной структурой

3) 1 Этап: машинные ресурсы. Отмеченные Шенноном функциональные ограничения, а также устрашающая стоимость первых ЭВМ полностью определяли основную задачу информационной технологии 50-х – начала 60-х гг. - повышение эффективности обработки данных по уже формализованным или легко формализуемым алгоритмам.

Основной целью тогда было – уменьшить общее число машинных тактов, которых требовала для своего решения та или иная программа, а также объем занимаемой ею ОЗУ. Основные затраты на обработку данных находились тогда почти в прямой зависимости от затраченного на них машинного времени.

^ 2 Этап: программирование. В середине 60-х годов начался 2-й этап развития информационной технологии, который продолжался до начала 80-х годов. От технологии эффективного исполнения программ к технологии эффективного программирования – так можно было определить общее направление смены критериев эффективности в течение этого этапа. Наиболее известным результатом этого первого радикального пересмотра критериев технологии программирования стала созданная в начале 70-х годов ОС UNIX. Операционную систему UNIX, нацеленную, прежде всего, на повышение эффективности труда программистов, разработали сотрудники "Белл Лэбс" К. Томпсон и Д. Ритчи, которых совершенно не удовлетворяли имеющиеся примитивные средства проектирования программ, ориентированные на пакетный режим. На рубеже 80-х годов UNIX рассматривалась как классический образец ОС – она начала триумфальное шествие на мини-ЭВМ серии PDP – 11 в середине 70-х годов.

^ 3 Этап: формализация знаний. Персональный компьютер, как правило, имеет развитые средства самообучения пользователя-новичка работе за пультом, гибкие средства защиты от его ошибок и, самое главное, все аппаратно-программные средства такой ЭВМ подчинены одной "сверхзадаче" – обеспечить "дружественную реакцию" машины на любые, в том числе неадекватные, действия пользователя. Основная задача персональных вычислений - формализация профессиональных знаний – выполняемая, как правило, самостоятельно непрограммирующим пользователем или при минимальной технической поддержке программиста.

4) Важнейшей частью операционной системы, непосредственно влияющей на функционирование вычислительной машины, является подсистема управления процессами. Процесс (или по-другому, задача) - абстракция, описывающая выполняющуюся программу. Для операционной системы процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие между процессами.

БЛОК СХЕМА

5) Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов - команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе.

При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.

1945г. - Фон Нейман - венгерский математик сформулировал основные положения программного управления:

1). Данные представляются в двоичной форме и подразделяются на элементы данных - слова.

Слово - машинный элемент информации, обрабатываемый, как единое целое. Словом могут быть представлены команда, символ, число. Слово - это наименьшая обрабатываемая единица.

2). Тип данных определяется не способом их кодирования, а способом их использования. В памяти ЭВМ эта информация не различима (программные трансляторы применяются для различения этой информации).

3). Слова данных хранятся в ячейках данных и идентифицируются номерами ячеек (адресом).

Память представляется набором последовательных ячеек. В любой ячейке может хранится любая информация, для обращения к которой необходимо указать адрес.

4). Алгоритм представляется в виде последовательности управляющих слов называемых командами и имеющих операционно-адресную структуру:

5). Процесс выполнения алгоритма сводится к последовательному выполнению команд в порядке, определенном программистом.

7)

Микропроцессор (МП) - это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов.

Микропроцессорная БИС (МП БИС) – интегральная микросхема, выполняющая функцию МП или его части. По существу, это БИС с процессорной организацией, разработанной для построения микропроцессорных систем.

Микропроцессорный комплект (МПК) – это совокупность МП и других БИС и СБИС, совместимых по конструкторско-технологическому исполнению и предназначенных для совместного применения при построении МП, микроЭВМ и других вычислительных средств. (чипсет).

Логическая структура (архитектура) микропроцессоров ориентирована на достижение универсальности применения, высокой производительности и технологичности. Универсальность МП определяется возможностью их разнообразного использования и обеспечивается программным управлением микропроцессором, позволяющим производить программную настройку МП на реализацию определённых функций, магистрально-модульным принципом построения, а также специальными аппаратно-логическими средствами: сверхоперативной регистровой памятью, многоуровневой системой прерываний, прямым доступом к памяти, программно-настраиваемыми схемами управления вводом-выводом и т.п.

Относительно высокая производительность МП достигается использованием для их построения быстродействующих БИС и СБИС и специальных архитектурных решений, таких, как стековая память, разнообразные способы адресации, гибкая система команд и др.

Технологичность микропроцессорных средств обеспечивается модульным принципом конструирования, который предполагает реализацию этих средств в виде набора функционально законченных БИС, легко объединяемых в соответствующие вычислительные устройства, машины, комплексы и системы.

Микропроцессоры при больших вычислительных и логических возможностях, высокой универсальности и гибкости характеризуется низкой стоимостью, уникально малыми размерами, высокой надёжностью. Благодаря указанным особенностям МП служат системными элементами, на основе которых создаются различные универсальные и специализированные микропроцессорные системы, микроЭВМ, программируемые микроконтроллеры, непосредственно встраиваемые в приборы, машины, технологические установки, и позволяющие достигнуть значительного повышения уровня автоматизации технологических процессов, экономии энергии, сырья, материалов, повышения производительности и качества труда.

8) Микропроцессор – системы команд.

Несмотря на бурную эволюцию вычислительной техники, основной набор команд довольно слабо изменился. Система команд любой ЭВМ обязательно содержит следующие группы команд обработки информации.

1. Команды передачи данных (перепись), копирующие информацию из одного места в другое.

2. Арифметические операции, к которым в основном относят операции сложения и вычитания. Умножение и деление обычно реализуется с помощью специальных программ.

3. Логические операции, позволяющие компьютеру производить анализ получаемой информации. Простейшими примерами команд рассматриваемой группы могут служить сравнение, а также известные логические операции и, или, не.

4. Сдвиги двоичного кода влево и вправо. В некоторых случаях сдвиги используются для реализации умножения и деления.

5. Команды ввода и вывода информации для обмена с внешними устройствами. В некоторых ЭВМ внешние устройства являются специальными служебными адресами памяти, поэтому ввод и вывод осуществляется с помощью команд переписи.

6. Команды управления, реализующие нелинейные алгоритмы. Сюда относят условный и безусловный переходы, а также команды обращения к подпрограмме (переход с возвратом). Часто к этой группе относят операции по управлению процессором типа останов или нет операции.

Любая команда ЭВМ обычно состоит из двух частей – операционной и адресной. Операционная часть называемая также кодом операции указывает, какое действие необходимо выполнить с информацией. Операционная часть имеется у любой команды. Адресная часть описывает, где используемая информация хранится и куда поместить результат. В некоторых командах управления работой машины адресная часть может отсутствовать, например, в команде останова.

Код операции можно представить себе как некоторый условный номер в общем списке команд. В основном этот список построен в соответствии с определенными внутренними закономерностями.

Адресная часть обладает значительно большим разнообразием. Основу адресной части составляет операнд. В зависимости от количества возможных операндов команды могут быть одно- и двухадресные. В двухадресных командах результат записывается либо в специальный регистр (сумматор), либо вместо одного из операндов.

9)Для достижения максимальной универсальности и упрощения протоколов обмена информацией в мп системах применяется шинная структура связей между отдельными устройствами системы.

Классическая структура

При классической структуре связей все сигналы и коды между устройствами передаются по отдельным линиям связи. Каждое устройство системы передает свои сигналы и коды независимо от других устройств. При этом в системе получается очень много линий связей и разных протоколов обмена информацией.

10)Для достижения максимальной универсальности и упрощения протоколов обмена информацией в мп системах применяется шинная структура связей между отдельными устройствами системы.

Шинная связь

При шинной структуре связей все сигналы между устройствами передаются по одним и тем же линиям связи, но в разное время (это называется мультиплексированной передачей). Причем передача по всем линиям связи может осуществляться в обоих направлениях (так называемая двунаправленная передача). В результате количество линий связи существенно сокращается, а правила обмена (протоколы) упрощаются.

13)Принцип однородности памяти

Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования; то есть одно и то же значение в ячейке памяти может использоваться и как данные, и как команда, и как адрес в зависимости лишь от способа обращения к нему. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных. Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного программирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции — перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной машины.

Принцип адресности

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек — адреса.

Принцип программного управления

Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.

Принцип двоичного кодирования

Согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. В числовой информации обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов. В формате команды можно выделить два поля: поле кода операции и поле адресов.

14) В гарвардской архитектуре характеристики устройств памяти для инструкций и памяти для данных не обязательно должны быть одинаковыми. В частности, ширина слова, тактирование, технология реализации и структура адресов памяти могут различаться. В некоторых системах инструкции могут храниться в памяти только для чтения, в то время как для сохранения данных обычно требуется память с возможностью чтения и записи. В некоторых системах требуется значительно больше памяти для инструкций, чем памяти для данных, поскольку данные обычно могут подгружаться с внешней или более медленной памяти. Такая потребность увеличивает битность (ширину) шины адреса памяти инструкций по сравнению с шиной адреса памяти данных.

15)

ЗАПОИНАЮЩЕ УСТРОЙСТВО

/ \

По типу обращения По организации доступа

/ \ / | \

Запись только С пямым Спримым С последовательным

и чтение запись доступом (циклическим доступом

доступом)

По типу обращения ^ ЗУ делятся на устройства, допускающие как чтение, так и запись информации, и постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), предназначенные только для чтения записанных в них данных (ROM - read only memory). ЗУ первого типа используются в процессе работы процессора для хранения выполняемых программ, исходных данных, промежуточных и окончательных результатов. В ПЗУ, как правило, хранятся системные программы, необходимые для запуска компьютера в работу, а также константы. В некоторых ЭВМ, предназначенных, например, для работы в системах управления, все программное обеспечение может храниться в ПЗУ.