1.1 Базовые понятия и принципы организации

1.1.1 Аналоговые и цифровые сообщения

процесс функционирования технического объекта связаны с передачей и преобразованием информации. Наука, изучающая эти процессы, называется кибернетикой. Рассматривая только технические проблемы представления, передачи, хранения и преобразования информации, мы называем эту часть кибернетики информатикой, а её методы и средства - информационными технологиями. Информация, воплощенная и зафиксированная в некоторой материальной форме, называется сообщением.

Сообщения подразделяются на:

• Аналоговые (непрерывные) – физическая величина (электрического ток, напряжение, температура и др.), изменения которой отражают протекание рассматриваемого процесса.

• Цифровые (дискретные) - составлены из конечного набора элементов одной природы, например, электрические импульсы. Передача и обработка дискретных сообщений сводятся к работе с числовой информацией.

Вычислительные машины делятся на 3 категории:

а) цифровые (ЦВМ)

Цифровые вычислительные машины - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной (цифровой) форме.

Их преимущества заключаются в возможности восприятия и обработки сообщений любого типа (универсальность) и наличии памяти для больших объемов информации.

б) аналоговые (АВМ)

Аналоговые вычислительные машины преобразуют непрерывные сигналы электрического тока, которые могут принимать любые значения в некотором диапазоне и изменяться в произвольные моменты времени. Скорость решения задач очень высока и изменяется по желанию оператора. Однако точность решения задач относительно низка, а оперативная память для данных достаточного объема отсутствует.

в) гибридные (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, совмещают достоинства АВМ и ЦВМ.

1.1.2 История развития цифровой вычислительной техники

Привязка поколений вычислительных машин к временным периодам весьма условна. В основном она опирается на время массового выпуска наиболее характерных для данного поколения серий машин. Нужно иметь в виду, что новые свойства всегда зарождаются в предыдущем поколении, где на отдельных экземплярах ЭВМ проходят «обкатку».

1.1.3 Схемотехнические основы цифровой техники

Общая характеристика интегральных схем (ИС)

Интегральная схема – законченная электрическая схема, которая создается на маленьком кристалле кремния. Микросхема создается при помощи фотопечати, травления и напыления. Основной характеристикой ИС является степень интеграции – количество управляемых вентилей на один корпус (кристалл).

По степени интеграции ИС делятся на:

• МИС (малой степени интеграции) содержат один или несколько функциональных элементов (логическая функция, триггер)

• СИС (схемы средней степени интеграции) реализуют целый функциональный узел на нескольких десятках вентилей (регистр, счетчик, дешифратор)

• БИС (большие интегральные схемы) имеет степень интеграции 100-10000 вентилей/корпус и содержит один или несколько функциональных блоков (блоки памяти).

• СБИС (сверхбольшие интегральные микросхемы)- функциональные устройства, такие как, устройство управления (УУ), микропроцессор. Степень интеграции 10 тыс.-1 млн. вентилей/корпус.

• УБИС (ультрабольшие интегральные схемы) содержат несколько десятков или сотен миллионов вентилей в одном кристалле.

Основные элементы, блоки, узлы ЭВМ

Элементы предназначаются для обработки единичных электрических сигналов, соответствующие битам информации.

Узлы обеспечивают одновременную обработку группы сигналов - информационных слов.

Блоки реализуют некоторую последовательность в обработке информации.

Устройства выполняют отдельные машинные операции и их последовательности.

Различают два типа цифровых приборов:

• Комбинационные - схемы, в которых значения выходных сигналов определяются заданным в данный момент времени сочетанием входных воздействий. В них отсутствуют запоминающие элементы

• Последовательные - схемы, в которых выходные сигналы зависят не только от входных воздействий в заданный момент времени, но иот предыдущих значений.

Функциональные элементы

Транзистор (transistor) – самое простое полупроводниковое усилительное устройство или электронный ключ.

Триггер - простейшая одноразрядная ячейка памяти.

Мультивибратор - генератор тактовой частоты, состоящая как минимум из двух транзисторов.