Нижегородский государственный технический университет
Кафедра «Ядерные реакторы и энергетические установки»
Иванов Вадим Владимирович
Курс лекций по дисциплине
«Методы научных исследований»
Часть 2
Нижний Новгород
2011 г.
Содержание
Применение вычислительной техники в научных исследованиях 4
Применение вычислительных устройств в науке 4
История развития компьютерных технологий 4
Формы представления данных 5
Этапы развития вычислительной техники 6
Принцип работы вычислительных устройств 6
Методы ввода / вывода данных в ВУ 8
Запись из процессора в устройство 9
Чтение устройством из процессора 10
Построение информационно – вычислительных систем для научных исследований 11
Варианты реализации информационно-вычислительных систем 12
Интерфейсы 13
Типы устройств ввода/вывода 19
Характеристики устройств ввода/вывода 19
Устройство гальванической развязки 20
Оптические гальванические устройства 22
Методы защиты сигналов от помех 24
Способы построения дифференциальных линий. 26
Работа вычислительных устройств 27
Устройство аналогового ввода данных 29
Погрешности преобразования. 30
Требования к АЦП 32
Методы АЦП 33
1 Параллельное преобразование. 33
2 Весовой метод. 35
3 Метод двойного интегрирования. 37
Виртуальные приборы 38
Уникальные пользовательские измерительные приборы. 42
Применение вычислительной техники в научных исследованиях
Вычислительная техника – устройства, выполняющие арифметические и логические операции по заданной программе.
Логические операции:
Двоичная логика (логич. умножение, логич. сложение, инверсия, исключающее или)
Операции сравнения (=, <, >)
Вычислительная техника – цифровое дискретное устройство, которое работает с двоичными числами (1 и 0). Комбинируя 1 и 0 получается различная информация.
Классификация вычислительных устройств:
Бытовое применение (МР3, мобильный телефон, микроволновая печь)
ПК
Вычислительные устройства промышленного назначения
Специализированные вычислительные устройства для решения научных задач
Применение вычислительных устройств в вычислительных приборах
Применение вычислительных устройств в науке
Проведение научных расчетов
Сбор научной информации
Обработка научной информации
Оформление результатов научной работы
Обмен научной информацией
История развития компьютерных технологий
1642 год – Паскаль изобрел устройство для механического сложения чисел (прообраз арифмометра).
1673 год – Лейбниц изобрел механический арифмометр, позволяющий выполнять четыре действия; «+», «–», «÷», «×».
Начиная с XIX века, арифмометры получили широчайшее применение.
Возникла острая потребность в создании вычислительной техники.
В первой половине XIX века Чарльз Беббидж попытался построить первую машину для вычислений, работающую без вмешательства человека, с помощью перфокарт. Но до конца эта работа не была доведена.
В 1943 году Говард Эйшен построил электромеханическую (релейную) вычислительную машину МАРК–1 (фирма IBM). Время переключения реле t = 1 мс.
Начиная с 1943 года в США началась разработка машины на электронных лампах ENIAC (частота 100 МГц).
Для упрощения процесса программирования в 1945 году был создан первый компьютер с устройством хранения информации – оперативной памятью.
К работе был привлечен Фон Нейман. Фон Нейман сформулировал принципы построения вычислительных устройств. Этот принцип определил, что для работы необходимы:
арифметико-логическое устройство (процессор);
устройство для ввода/вывод информации.
На рис.1 изображена схема построения ВЧТ.
АЛУ – арифметически логическое устройство;
П – память (ПП- память программ; ПД – память данных);
УВВ– устройство ввода – вывода
Первый компьютер, работающий на принципе Фон Неймана, был разработан 1949 году.