1
Лекция 4
АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА
из 33
2
Паскалина’(1642)
• машина построена! |
Блез Паскаль |
(1623-1662) |
•зубчатые колеса
•десятичная система
•сложение и вычитание 8-разрядных чисел
из 33
Машины Бэббиджа
Разностная машина (1822)
Аналитическая машина (1834)
•«мельница» (автоматическое выполнение вычислений)
•«склад» (хранение данных)
•ввод данных и программы с перфокарт
•ввод программы «на ходу»
3
Чарльз Бэббидж
(1791-1871)
|
Первая программа – вычисление |
|
|
чисел Бернулли («цикл», «рабочая |
|
|
ячейка», условные переходы) |
|
Ада Лавлейс |
1979 – язык программирования Ада |
|
из 33 |
||
(1815-1852) |
4
ЭНИАК (1946)
Electronic Numerical Integrator And Computer
Дж. Моучли и П. Эккерт
Первый компьютер общего назначения:
•18000 электронных ламп
•длина 26 м, вес 35 тонн
•5000 сложений и 350 умножений в секунду
•десятичная система счисления
•10-разрядные числа
из 33
5
Развитие элементной базы
Первые компьютеры: электронно-вакуумные лампы
1947 г., У. Шокли, Д. Бардин и У. Браттейн
транзистор
1958 г., Дж. Килби
интегральная микросхема
1971 г., М. Хофф
микропроцессор Intel 4004
из 33
6
Персональные компьютеры
Apple-I (1976 г.)
Commodore PET
(1977 г.)
С.Джобс и С. Возняк
скомпьютером Apple-I
(1976 г.)
IBM-5150 (1981 г.)
из 33
7
I поколение ЭВМ (1945 – 1955)
• на электронных лампах
• быстродействие |
в секунду |
•каждая машина имеет свой язык
•нет операционных систем
•ввод и вывод: перфоленты, перфокарты, магнитные ленты
из 33
8
IIпоколение ЭВМ (1955 – 1965)
•на полупроводниковых транзисторах
(1948, Дж. Бардин, У. Брэттейн и У. Шокли)
•10-200 тыс. операций в секунду
•первые операционные системы
•первые языки программирования:
Фортран (1957), Алгол (1959)
•средства хранения информации: магнитные барабаны, магнитные диски
из 33
9
III поколение ЭВМ (1965 – 1975)
• на интегральных микросхемах
(1958, Дж. Килби)
• семейства компьютеров с общей архитектурой
• быстродействие до 1 млн. операций в секунду
• оперативная памяти – сотни Кбайт
• операционные системы – управление памятью, устройствами, временем процессора
• языки программирования Бэйсик (1965), Паскаль (1970, Н. Вирт), Си (1972, Д. Ритчи)
• совместимость программ
из 33
10
IV поколение ЭВМ (после 1975)
•компьютеры на больших и сверхбольших интегральных схемах (БИС, СБИС)
•суперкомпьютеры
•персональные компьютеры
•появление пользователей-непрофессионалов, необходимость «дружественного» интерфейса
•более 1 млрд. операций в секунду
•оперативная памяти – до нескольких гигабайт
•многопроцессорные системы
•компьютерные сети
•мультимедиа (графика, анимация, звук)
из 33
11
IV поколение ЭВМ (после 1975)
•персональные компьютеры
•серверы, предоставляющие свои ресурсы (принтеры, файлы или программы) в коллективное пользование
•параллельная обработка данных
•многоядерные процессоры
•суперкомпьютеры
из 33
12
Компьютеры V поколения (проект)
Япония, 1982-1992
Цель – создание суперкомпьютера с функциями искусственного интеллекта
•обработка знаний с помощью логических средств
•сверхбольшие базы данных
•использование параллельных вычислений
•распределенные вычисления
•голосовое общение с компьютером
•постепенная замена программных средств на аппаратные
Проблемы:
•идея саморазвития системы провалилась
•неверная оценка баланса программных и аппаратных средств
•традиционные компьютеры достигли большего
•ненадежность технологий
•израсходовано 50 млрд. йен из 33
13
Архитектура фон Неймана
обрабатывает
данные
память
временное
хранение данных во время обработки
устройства
ввода
процессор (АЛУ, УУ)
устройства
вывода
долговременное хранение данных
внешняя
память
|
Джон фон Нейман |
обеспечивает |
(1903-1957) |
выполнение |
|
программы |
|
из 33
14
Принцип адресности памяти
•оперативная память состоит из отдельных битов
•группы соседних битов объединяется в ячейки
•каждая ячейка имеет свой адрес (номер)
•нумерация ячеек начинается с нуля
•за один раз можно прочитать или записать только целую ячейку
из 33
15
Что такое компьютерная память?
Память — это устройство компьютера, которое используется для записи, хранения и выдачи по запросу команд программы и данных.
•внутренняя или основная (для хранения программ и данных в момент решения задачи), ОЗУ и ПЗУ
•внешняя или долговременная (… на длительный срок)
из 33
16
Память с произвольным доступом
RAM = Random Access Memory
чтение данных из ячеек и запись в них в произвольном порядке
•ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (оперативная память)
•ПЗУ – постоянное запоминающее устройство
ROM = Read Only Memory
▫содержит программное обеспечение для загрузки и тестирования компьютера
▫запись запрещена
из 33
17
Внутренняя память
RAM = Random Access Memory, обращение к ячейкам в любом порядке.
ОЗУ = оперативное запоминающее устройство 1)на электронно-лучевых трубках 2)на магнитных сердечниках
сейчас:
1)на триггерах (статическая):
регистры, кэш-память
2)на полупроводниковых конденсаторах (динамическая):
большая ёмкостьменьшая стоимостьменьшее быстродействие
потребляет больше электроэнергии
из 33
18
Внутренняя память – ПЗУ
ПЗУ = постоянное запоминающее устройство
первые: информация заносится только на заводе
затем программируемые ПЗУ затем перепрограммируемые ПЗУ (флэш-память)
Минимальный набор программ:
•тестирование компьютера
•программа начальной загрузки
•программы для обмена данными с клавиатурой, монитором, принтером
В компьютерах IBM PC:
BIOS = Basic Input/Output System
из 33
19
Внешняя память
Внешняя память — часть памяти компьютера, которая используется для долговременного хранения программ и данных.
Устройства внешней памяти = накопители:
•на магнитных дисках
•на оптических дисках
•флэш-память
•…
контроллер
из 33
20
Иерархия памяти
компьютер
процессор
регистры
объем |
|
быстродействие, |
|
ОЗУ |
стоимость бита |
|
|
компьютерные сети
? ? Где расположить ОЗУ?
из 33
21
Что такое устройство ввода?
Устройством ввода называется устройство, которое:
позволяет человеку отдавать компьютеру команды и/или выполняет первичное преобразование данных в форму, пригодную для хранения и обработки в компьютере.
? Что не относится к устройствам ввода?
|
сенсорная панель |
||
сканер |
(touchpad) |
|
|
|
микрофон |
||
|
|
|
|
мышь |
|
графический |
джойстик |
|
|
планшет |
|
датчики |
карта |
из 33
22
Что такое устройства вывода?
Устройства вывода — это устройства, которые представляют компьютерные данные в форме, доступной для восприятия человеком.
? Что не относится к устройствам вывода?
сенсорный экран
принтер
колонки
МФУ монитор плоттер
карта
из 33