Введение.

Данный конспект лекций предназначен для студентов, изучающих курс «Вычислительные машины, сети и системы», направлен на приобретение знаний, сведений, навыков о структуре и принципах организации современных вычислительных устройств.

Студентам, имеющим представление об архитектуре ЭВМ, данный курс позволит систематизировать имеющуюся информацию.

Для улучшения освоения данного курса рекомендуется выполнять задания, включенные в теоретический материал, выделенные следующим образом:

Задание:

Определения. Определение информации

Термин «информация» переводится с латинского (informatio) как «сведения», «разъяснения». О важности своевременного владения информацией было сказано «Кто владеет информацией – тот владеет миром». Данная цитата приписывается Натану Ротшильду: обладая достоверной информации о исходе битвы при Ватерлоо, Ротшильд ввел в заблуждение несведущих о финале битвы и заработал большие деньги.

Эволюция типов машин

Согласно определению Ожегова машина – это механическое устройство, совершающее полезную работу с преобразованием энергии, материалов или информации.

С давних времен человечество изобретало устройства, позволяющие облегчить труд человека. Первые устройства позволили преобразовывать материю:

• каменные топоры,

• ткацкие станки,

• выработка металлов,

• строительство

Далее изобретались механизмы, преобразующие энергию

• химические реакций (порох),

• паровые машины,

• электростанции,

• двигатели внутреннего сгорания

• технологии создания накопителей электрической энергии (аккумуляторы)

В данный период активно разрабатываются устройства, преобразующие информацию.

История зарождения вычислительных систем

Вычислительная система (ВС) - это взаимосвязанная совокупность аппаратных средств вычислительной техники и программного обеспечения, предназначенная для сбора, обработки и хранения информации.

Попытки механизировать расчеты предпринимались с давних времен: В V веке до нашей эры появился абак – древнее считающее устройство, 16-м веком датировано появление счетов, в 17-м веке был разработан и применялся до 20-го века арифмометр (смотри Рисунок 1).

Рисунок 1. Эволюция вычислительных машин. Абак. Счеты. Арифмометр.

Выполненная Лейбницем в 1673 году машина для астрономических расчетов (могла выполнять сложение, вычитание, умножение, деление) была задумана для голландского математика и астронома Христиана ом Гюйгенса: «Поскольку это недостойно таких замечательных людей, подобно рабам, терять время на вычислительную работу, которую можно было бы доверить кому угодно при использовании машины».

Первые запоминающие устройства - перфокарты – были использованы в программируемом ткацком станке, сделанном в 1804 году, автор - Жозев Мари Жаккар: для выполнения различных типов рисунков нить станка опускалась или поднималась в зависимости от того, есть ли отверстие на перфокарте.

Особого внимания заслуживает Чарлз Беббидж, реализовавший в 1822 году так называемую разностную машину для расчетов математических таблиц. Развитием идей Беббиджа была так называемая аналитическая машина, которая должна была производить разнообразные вычисления, следуя набору инструкций. В аналитической машине были предусмотрены «мельница» и «склад» - аналоги арифметико-логического устройства и памяти современных устройств. Фактически в 19м веке Беббидж проектировал прообразы современных программируемых устройств.

Беббидж не воплотил в жизнь свои замыслы в силу технических причин – не было элементной базы для реализации замыслов: электричество, как явление, только изучалось; электрическая лампочка еще не была изобретена; транзистор, легший в основу всех современных устройств, появился только через полтора века.