Лекция 1. Введение

Сейчас, по-видимому, не надо распространяться на тему, в каких областях человеческой деятельности может быть использован компьютер. Наверное, таких областей просто не существует. Компьютер – это и научные расчеты, и медицинская диагностика, и справочные системы, и системы проектирования, анализа и учета, поиска наилучших решений, и т.д., и т.д., не говоря уже, о так называемых, компьютерных играх, с крутым звуковым сопровождением, и впечатляющим видео! Используя компьютер, мы можем слушать самую качественную музыку и смотреть видеофильмы, читать, писать, общаться с другими людьми, искать нужную информацию и т.д., и т.п. Всего, что можно делать, используя компьютер, просто невозможно перечислить! Но! Тем не менее, можно всего несколькими фразами определить, независимо от области применения компьютера и цели его использования, его назначение, а именно,

компьютер предназначен:

1. для обработки информации;

2. для хранения информации (может быть, очень и очень большого объема);

3. для передачи информации (может быть, на очень и очень большие расстояния).

Правда, используя такое определение назначения компьютера, мы воспользовались словом «информация», которое, в свою очередь, наверное, требует определения, затрагивающего и извечные философские вопросы и рассуждения, в которые мы, по понятным причинам пускаться не будем, констатируя, что этот широко используемый в повседневной практике термин понятен каждому на интуитивном уровне, чего вполне достаточно для наших целей. Отметим только, что можно сказать, что информация, какой бы вид она не имела, поступает в виде «сообщений», содержащих эту информацию. Возможность извлечения нужной информации из сообщения определяется как форматом этого сообщения, так и соответствующим приемником его, для которого принятое сообщение может оказаться совершенно или частично непонятым, а, следовательно, с его точки зрения, и не содержащим никакой полезной информации. Например, текст, написанный на арабском языке для меня, да и для большинства из вас, не может нести никакой полезной информации, в виду полного незнания, например, мною, этого языка. Написанный текст в этом случае выступает как некоторое кодированное сообщение, содержащее информацию, может быть вполне воспринимаемую и понятную человеку, знающему этот язык. На самом деле, если вдуматься, то хранение, передача и обработка информации возможна только, если эта информация содержится в закодированных тем или иным образом сообщениях, которые в этом случае часто называются просто «данными», чем и мы широко будем пользоваться. В связи со сказанным можно говорить о «кодировании» или «представлении» информации для ее хранения, передачи и обработки. Более того, на мой взгляд, должно вызывать безграничное удивление тот факт, что, вне зависимости от целей и областей применения любого современного компьютера, в конечном счете, данные, которые он может обрабатывать хранить и передавать представляют собой всего лишь линейную последовательность (может быть очень и очень длинную последовательность) нулей и единиц!!! --- 5 мин.

Т.е., таким образом, мы имеем факт, что любая информация: текстовая, графическая, звуковая, видео может быть представлена такой, подчеркиваю, линейной последовательностью нулей и единиц!!! Именно при таком представлении принято говорить, например, о цифровом звуке, цифровом фотоаппарате, цифровом телевидении и т.п. Т.е. Вы, например, имеете цифровой фотоаппарат, если он может любой снимок, который он делает, представить в виде такой линейной последовательности нулей и единиц! При этом иногда говорят, что изображение представлено в двоичном виде. Более подробно об этом мы поговорим в следующей лекции, а теперь займемся рассмотрением вопроса «Что такое архитектура ЭВМ ?».

Понятие «Архитектура ЭВМ»

Архитектура ЭВМ - определения в Интернете:

• Архитектура вычислительной машины (Computer architecture) концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая методы преобразования информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.

В более подробное описание, определяющее конкретную архитектуру, также входят: структурная схема ЭВМ, средства и способы доступа к элементам этой структурной схемы, организация и разрядность интерфейсов ЭВМ, набор и доступность регистров, организация памяти и способы её адресации, набор и формат машинных команд процессора, способы представления и форматы данных, правила обработки прерываний. ru.wikipedia.org/wiki/Архитектура_ЭВМ

 

• Совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ при решении соответствующих классов задач. sesia5.ru/blok/1/1_glos.htm

Существует два основных класса компьютеров:

• цифровые компьютеры, обрабатывающие данные в виде двоичных кодов;

• аналоговые компьютеры (АВМ), обрабатывающие непрерывно меняющиеся физические величины (электрическое напряжение, время и т.д.), которые являются аналогами вычисляемых величин.

Поскольку в настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее будем рассматривать только этот класс компьютеров и слово "компьютер" употреблять в значении "цифровой компьютер".

Первым компьютером, в котором была использована идея гарвардской архитектуры, был Марк I.

Гарвардская архитектура использовалась советским учёным А. И. Китовым в ВЦ-1 МО СССР.

Гарвардская архитектура используется в ПЛК (Программи́руемый логи́ческий контро́ллер) и микроконтроллерах.

Далее нами рассматриваться не будет.

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

Первым компьютером, в котором была использована идея гарвардской архитектуры, был Марк I.

Гарвардская архитектура использовалась советским учёным А. И. Китовым в ВЦ-1 МО СССР.

Гарвардская архитектура используется в ПЛК (Программи́руемый логи́ческий контро́ллер) и микроконтроллерах.

Далее нами рассматриваться не будет.

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

Фон Нейман Джон

John von Neumann (Neumann Janos)

(28.12.1903 – 08.02.1957)

Венгр по национальности,

сын будапештского банкира Джон фон Нейман уже в восьмилетнем возрасте владел основами высшей математики и несколькими иностранными и классическими языками. Закончив в 1926 году Будапештский университет, фон Нейман преподавал в Германии, а в 1930 году эмигрировал в США и стал сотрудником Принстонского института перспективных исследований.

В 1944 году фон Нейман и экономист О.Моргенштерн написали книгу "Теория игр и экономическое поведение". Эта книга содержит не только математическую теорию игр, но ее применения к экономическим, военным и другим наукам. Джон фон Нейман был направлен в группу разработчиков ENIAC консультантом по математическим вопросам, с которыми встретилась эта группа.

В 1946 году вместе с Г.Гольдстейном и А.Берксом он написал и выпустил отчет "Предварительное обсуждение логической конструкции электронной вычислительной машины". Поскольку имя фон Неймана как выдающегося физика и математика было уже хорошо известно в широких научных кругах, все высказанные положения в отчете приписывались ему. Более того, архитектура первых двух поколений ЭВМ с последовательным выполнением команд в программе получила название "фон Неймановской архитектуры ЭВМ".

Принципы Джона фон Неймана