Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы программирования для студентов технологического профиля. Учебное пособие
.pdf
21
В начале апреля 1964 года фирма IBM объявила о создании
шести моделей своего с е м е й с т в а IBM System/360 («S/360»),
что ознаменовало появление компьютеров т р е т ь е г о
п о к ол е н и я .
Отличительными чертами семейства программносовместимых систем являлись:
разработка ряда моделей семейства с различной
производительностью и ценой, но одинаковой
архитектурой;
все модели обладали программной совместимостью,
т.е. составленная программа могла быть выполнена на
любой модели (при наличии достаточных ресурсов,
например памяти);
полная унификация устройств и аппаратная
совместимость между моделями;
В машинах третьего поколения использовалась более
гибкая система прерываний, позволяющая синхронизировать
работу центрального процессора, процессоров ввода/вывода и
должным образом реагировать на аварийные ситуации в
программах пользователя. Мультипрограммный режим работы
компьютера требовал создания мощных средств защиты памяти.
Создавались механизмы динамического распределения памяти,
совершенствовались операционные системы.
Использование новой элементной базы позволило
существенно повысить быстродействие и объем оперативной
памяти нового поколения машин. Значительно расширилась
номенклатура внешних устройств - появились накопители на
сменных магнитных дисках, алфавитно-цифровые и
графические дисплеи, графопостроители и т.д.
Затраты на разработку такой системы в США составили 5
млрд. долларов (сравнимы с затратами проекта «Аполлон» полета человека на Луну).
Архитектура IBM/360 была настолько удачной, что стала
промышленным эталоном и многие фирмы позднее стали
выпускать IBM совместимые компьютеры.
22
В машинах третьего поколения вместо транзисторов
стали использоваться и н т е г р а л ь н ые с х е м ы (ИС), которые
заменили тысячи транзисторов. В результате снизилась цена
ЭВМ, ее размеры и самое удивительное производительность
возросла в 100 раз по сравнению с ЭВМ второго поколения.
Благодаря этому многие организации смогли приобретать такие
машины и использовать их для решения самых различных задач.
Первая попытка создания с ем ей с т в а машин в СССР
связана с серией «Урал». Идеи, заложенные в архитектуру этого
семейства, весьма близки к тому, что сейчас понимается под
архитектурой машин третьего поколения. Однако машины этого
семейства имели значительные отклонения от тех стандартов на
внешнее оборудование и системы сопряжения, которые приняты
к настоящему времени, к тому же эти машины основывались на
технологической базе второго поколения.
В 1967 году ЦК и Совмин выпустили совместное
постановление о разработке Единой Серии Электронных
Вычислительных Машин (ЕС ЭВМ). Был создан Научно-
исследовательский центр электронной вычислительной техники
(НИЦЭВТ), под его началом объединились и другие
организации. Было принято решение о воспроизведении
архитектуры программно совместимого семейства IBM 360.
Воспроизведение шло на основе доступных публикаций,
посвященных принципам архитектуры и операционных систем.
Воспроизводя основополагающие принципы архитектуры
семейства IBM, советские специалисты, тем не менее, создавали
оригинальные машины, поскольку точного повторения
американских моделей, естественно, быть не могло. Не было и
технологической базы для создания эквивалентных по
мощности и возможностям машин.
За 20 лет было выпущено три поколения ЕС ЭВМ, близкие
по архитектуре к семействам IBM-360 и 370. Быстродействие
ЕС ЭВМ варьировалось от 20 тыс. оп/с в самой младшей модели
ЕС-1020 до 500 тыс. оп/с в наиболее мощной ЕС-1050.
ЕС ЭВМ ориентировались на эффективную
универсальную обработку информации при решении самых
23
разнообразных проблем: научно-технических, плановоэкономических, учетно-статистических и др. задач. Их
применение было связано с вычислительными работами
большого объема, использованием различных баз данных и
сопряжением с высокопроизводительной и дорогостоящей
периферией. Сфера применения ЕС ЭВМ была необычайно
широка, эти машины покрывали самые разнообразные
потребности страны в вычислительной технике.
До 1984 года программа ЕС полностью поддерживалась
государством, на нее выделялись значительные средства, а
контроль за выпуском очередного ряда осуществляла военнопромышленная комиссия ЦК КПСС.
Основным сдерживающим моментом в дальнейшем
совершенствовании ЕС ЭВМ была, безусловно, элементная база.
Однако с началом экономической реформы в СССР (1990)
производство машин фактически прекратилось, ЕС так и не
перешли на большие и сверхбольшие интегральные схемы.
Дальнейшее развитие микроэлектроники привело к
возможности размещать на одном кристалле тысячи
интегральных схем. Это привело к появлению ЭВМ
ч е т в е р т о г о п о к о л е н и я , элементной базой которых стали
б о л ь ши е и н т е г ра л ь н ы е с х е мы (БИС).
Такая миниатюризация привела к появлению недорогих
компьютеров. Небольшие ЭВМ могли разместиться на одном
письменном столе. Именно в эти годы зародился термин
«П е р с о н а л ь н ы й к о м п ь ю т е р » (ПК).
Попытки создать компьютер небольших размеров, на
котором можно было бы работать одному человеку, делались,
начиная с 1974 г. Одной из первых таких машин был
компьютер, который назывался «Альтаир 8080», построенный
небольшой и малоизвестной американской фирмой МИТС на
основе микропроцессора Intel 8080. Стоимость компьютера
была всего 397 долларов. Его возможности были ограничены:
оперативная память была всего 256 байт, экран и клавиатура
отсутствовали, ввод и вывод информации производился в
двоичном годе. Кроме того, компьютер часто продавался в
24
разобранном виде (в виде конструктора). Однако компьютер
пользовался бешеным успехом у энтузиастов вычислительной
техники. Молодой программист из Бостона Пол Аллен и студент
Гарвардского университета Билл Гейтс написали программу,
реализующую для Альтаира алгоритмический язык BASIC.
Впоследствии Гейтс и Аллен основали собственную фирму
Microsoft.
Вслед за фирмой МИТС создавать подобные ПК стали еще
два десятка фирм. В сентябре 1977 г. в продаже появилась
модель компьютера «Tandy TRS-80» фирмы Tandy Corporation,
построенная на базе новейшего микропроцессора Z-80.
Компьютер был снабжен видеомонитором, клавишным
устройством, кассетным магнитофоном, на котором были
записаны программы и данные.
В начале 1977 г. фирма Apple Computers
продемонстрировала компьютер «Apple II», который весил
около 5 кг, имел систему цветной графики и был выполнен на
высоком техническом уровне. К 1980 г. фирма имела годовой
доход 117 млн. долларов, а основатели фирмы Стивен Возняк и
Стивен Джобс стали миллионерами.
Все выпускаемые компьютеры имели значительные
недостатки, ограничивающие распространение персональных
компьютеров в среде неподготовленных потребителей.
Настоящая компьютерная революция началась в августе
1981 года, когда фирма IBM выпустила свой первый
персональный компьютер - (IBM Personal Computer).
Разработчики IBM PC использовали готовые
комплектующие: микропроцессор фирмы Intel, дисководы
фирмы Tandon, мониторы и т.п. Единственным передовым
шагом стало введение в конструкцию системной платы IBM PC
разъемов расширения для подключения дополнительных
устройств непосредственно к шине компьютера.
Этим нехитрым решением было достигнуто главное
преимущество, заключающееся в разработке важнейшего
принципа построения системы ПК — п ри н ц и п а о т к р ы т о й
а р х и т е к т у р ы .
25
До появления IBM PC все модели микрокомпьютеров
имели закрытую архитектуру. Это означало, что аппаратные
средства компьютера оставались для конечного пользователя
«вещью в себе»: любая их модификация требовала достаточно
высокой специальной квалификации в области электроники.
Совершенствование микрокомпьютера оставалось уделом
профессионалов-разработчиков, а пользователям приходилось
довольствоваться тем, что они приобретали.
С появлением IBM PC ситуация коренным образом
изменилась. Пользователь мог менять любые блоки ПК на более
совершенные, не вникая в особенности электроники и не меняя
систему в целом.
Многие фирмы, в том числе и фирма Tandy Corporation,
достаточно быстро освоила производство IВМ - совместимых
компьютеров. Как правило, такие ПК стоили дешевле (иногда
весьма значительно), чем ПК фирмы IBM. Это семейство
микрокомпьютеров получило название «к л о н а » IBM. Так как
сам по себе принцип открытой архитектуры не подлежал
авторской и патентной защите, то вследствие «клонирования»
ПК сторонними производителями, фирма IBM начала быстро
утрачивать монополию на контроль рынка ПК и терять доходы.
Любая из моделей «клона» оказывалась в конечном счете лучше
своего прототипа (по быстродействию, дизайну и т.д.), т.е.
фирма IBM почти всегда инициировала процесс разработки
нового очередного ПК, а затем другие производители
всесторонне совершенствовали каждую из моделей.
Первый ПК фирмы IBM был достаточно простой. В его
состав входил микропроцессор Intel 8088, магнитофон для
загрузки/сохранения программ и данных, а также дисковод.
Оперативная память имела всего 64 Кбайт. Компьютер имел
встроенную версию языка BASIC.
Через короткий отрезок времени эта модель была
усовершенствована. Новая модификация получила название
«расширенного» ПК - IBM PC/XT (Personal Computer /eXTended
version) и в ней использовался жесткий диск емкостью 10-30
Мб.
26
В последующие годы следствие естественного прогресса в
области разработки и производства микропроцессорной техники
постоянно происходили обновления персонального компьютера.
Появлялись новые микропроцессоры, жесткие диски, и т.д.
Развитие вычислительной техники продолжается и
сегодня.
В Японии, начиная с 1982 года, принята
правительственная программа по развитию вычислительной
техники и созданию компьютеров п я т о г о п о к о л е н и я.
Фактически под этими словами понимается некий план по
развитию IT индустрии.
ЭВМ пятого поколения должны достигнуть
фантастической производительности за счет интеграции
огромного количества процессоров на одной подложке.
Японский центр по развитию и обработки информации
поставил перед собой труднодостижимые цели. Главная из них это развитие технологий по логической обработке знаний - одно
из ведущих направлений и с к у с с т в е н н о г о и н т е л л е к т а , а
также создание рабочих станций с высокой
производительностью и распределенными функциями, создание
суперкомпьютеров для научных вычислений, которые будут
оперировать огромными базами данных и базами знаний.
Важным направлением развития вычислительных средств
пятого и последующих поколений является интеллектуализация
ЭВМ, связанная с наделением ее элементами интеллекта,
интеллектуализацией интерфейса с пользователем и др. При
этом ЭВМ должна обладать способностью к обучению,
производить ассоциативную обработку информации и вести
интеллектуальный диалог при решении конкретных задач.
Аналогичные проекты осуществляются не только в
Японии, но и в США и России. Однако разработчики ЭВМ
пятого поколения столкнулись не только с техническими
трудностями при разработке вычислительных средств, но и с
проблемами программирования.
В настоящее время общепризнано, что «интеллект»
современного компьютера равен или даже ниже интеллекта
27
земляного червяка и поэтому интеллектуализация компьютера –
важнейшая задача ближайших лет.
1.6 Устройство персонального компьютера
Персональный компьютер (ПК) - это микро - ЭВМ
универсального назначения, рассчитанная на работу с одним
пользователем. К этому классу относят как простейшие игровые
компьютеры, так и сверхсложные машины с мощным
процессором и памятью большой емкости.
ПК состоит из трёх основных частей:
системного блока;
клавиатуры;
дисплея (монитора).
Системный блок - это основной блок ПК, представляющий
из себя металлический или пластмассовый корпус (case-кейс)
вертикального или горизонтального расположения, в котором
находятся важнейшие составные его части:
блок питания, преобразующий переменное напряжение
220 вольт в постоянный ток низкого напряжения. Для питания
процессора необходимо всего 2,9 - 5 вольт;
материнская плата с центральным процессором;
внутренняя память (оперативная и постоянная);
накопитель на жёстком магнитном диске (винчестер);
- устройство для чтения информации с компакт- диска
(CD – ROM);
-устройство для записи информации на компакт-диск
CD - Writer;
контроллеры устройств;
другие вспомогательные элементы (вентилятор,
динамик, разъемы (порты) различных типов и т.д.).
На лицевой панели системного блока находятся:
кнопка включения и выключения питания компьютера
(POWER). Она обеспечивает «холодный» пуск
компьютера;
кнопка RESET («горячий» пуск или перезагрузка
операционной системы компьютера);
28
П р о ц е с с о р , установленный на материнскую
(системную) плату - основной рабочий элемент ЭВМ.
Процессор осуществляет выполнение программ и управляет
работой всех других устройств компьютера. Применительно к
ПК чаще используется термин микропроцессор, который
представляет собой микросхему, содержащую арифметическо-
логическое устройство, устройство управления и другие
элементы.
Если процессор управляет работой других
вспомогательных процессоров (с о п р о ц е с с о р о в ), то речь
идет о центральном микропроцессоре (CPU - Central Processing
Unit). Сопроцессоры ориентированы на выполнение каких-либо
специфических функций, например, математический
сопроцессор (FPU-Floating Point Unit -процессор чисел с
плавающей запятой) эффективно (в 100 и более раз быстрее, чем
центральный процессор) обрабатывает числовые данные,
записанные в формате с плавающей точкой; графический
сопроцессор (craphics editor) эффективно выполняет
геометрические построения и обработку графических
изображений; сопроцессор ввода-вывода разгружает
центральный процессор от многочисленных операций
взаимодействия с периферийными устройствами.
Для увеличения производительности ПК на материнскую
плату иногда устанавливают 2 процессора, которые
обрабатывают информацию параллельно. Такие ПК имеют
повышенную производительность и называются
м н о го п р о ц е с с о р н ы м и в ы ч и сл и т е л ь н ы м и
у с т р о й с т в а м и .
Процессоры отличаются друг от друга типом (моделью),
тактовой частотой и другими параметрами.
Т а к т о в а я ч а с т о т а определяет, сколько элементарных
операций микропроцессор выполняет за одну секунду. Поэтому
чем больше рабочая частота микропроцессора, тем быстрее
ЭВМ выполняет программу. Тактовая частота современного
микропроцессора 1-4 ГГц (1000-4000 миллионов герц в
секунду).
29
В настоящее время наиболее распространены процессоры
следующих фирм: Intel (65%), AMD (17%), Qualсomm (9,4%),
Samsung (8,2%). Наиболее распространенными являются
процессоры серии Pentium, Core i, Socket AM3+, Athlon II и др.
Важными характеристиками микропроцессора являются также
длина машинного слова, набор команд, количество ядер.
Большинство микропроцессоров имеют одну и туже (или
слабоварирующуюся) систему команд.
Полный набор команд процессора называется
м а ш и нн ы м я з ы к о м или с и ст е м о й к о м а н д . Команды
предусматривают арифметические действия, логические
операции, передачу управления и перемещения данных.
М а ш и нн о е с л о в о - величина, измеряемая в битах,
равна разрядности регистров процессора или разрядности шины
данных. У современных компьютеров длина слова равна 32 и
даже 64 битам. Увеличение длины слова позволяет увеличивать
оперативную память компьютера и работать с большими
целыми числами.
Процессоры могут быть о д н о я д е р н ы м и (Single Core) и
м н о го яд е р н ы м и , (multi-core), т.е. содержать два, четыре,
восемь и более вычислительных ядра на одном процессорном
кристалле. Известно, что производительность одноядерных
процессоров резко снижается, если одновременно выполняется
две и более задачи.
Двуядерные процессоры (Dual Core) снабжены двумя
ядрами, т.е. работают как два процессора, соединенных в один.
Производительность таких процессоров снижается в меньшей
степени по сравнению с одноядерными, если приходится решать
несколько задач одновременно. Количество ядер процессора
может доходить до 16 и более. Однако не следует думать, что
производительность компьютера прямо пропорциональна
количеству ядер процессора.
Процессор установлен на с и с т е м н у ю (System Board)
или на м а т е р и н с к у ю п л ат у (Mother Board), которая
является главной частью современного компьютера. Ведущие
производители материнских плат фирмы: GIGABYTE technology
30
Co. Ltd (Тайвань); ASUSTEK Cоmputer Inc., (Тайвань); Intel
Corporation, (США) и др.
На материнской плате установлены следующие
компоненты ПК:
процессор(ы);
сопроцессор(ы);
память постоянная;
память оперативная;
кэш- память;
интерфейсные схемы (карты) и разъемы шин
расширения ввода/вывода;
кварцевый генератор синхронизации;
дополнительные стабилизаторы напряжения питания
процессора;
контроллеры интерфейсов для подключения гибких и
жестких дисков;
графический адаптер;
аудиоканал;
адаптеры CОМ- и LPT-портов и т.д.;
другие электронные компоненты.
С и с т е м н а я ш и н а - устройство передачи сигналов, к
которому подключены компоненты вычислительной машины.
Шина входит в состав материнской платы компьютера и
осуществляет обмен данными между процессором, оперативной
памятью и контроллерами внешних устройств компьютера:
клавиатуры, монитора, дисков.
С появлением процессора Pentium была разработана
системная шина PCI (Peripheral Component Interconnect local bus
- шина соединения локальных компонентов), а с появлением
процессоров Pentium II и Pentium III все чаще используется
шина AGP (Accelerated Graphic Port - ускоренный графический
порт), которая на сегодняшний день является наиболее быстрой
и перспективной.
И н т е р ф е й с н ы е к а рт ы и ш и н ы расширения
ввода/вывода позволяют расширить функциональные
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]