1. Мета вивчення дисципліни. Метою вивчення дисципліни є формування у студентів: 1) фундаментальних теоретичних знань з аналізу, будови та функціонування: - багаторівневої абстрактної моделі ЕОМ; - комбінаційних схем та цифрових автоматів; - принципів побудови архітектури комп’ютерів; - принципів побудови архітектури центральних процесорів;- принципів побудови пристроїв оперативної, дискової, віртуальної та інших видів пам’яті комп’ютерів;

- регістрів ЕОМ; - системи команд комп’ютера (традиційних команд комп’ютера, логічних команд та команд переходів);

- принципів представлення інформації в комп’ютерах; - зовнішніх пристроїв комп’ютерів;

практичних навичок по використанню та/чи вибору : - архітектури комп’ютерів; - пристроїв оперативної, дискової та інших видів пам’яті комп’ютерів; - регістрів комп’ютера; - традиційних команд комп’ютера; - моделей та засобів представлення інформації в комп’ютерах; - системи команд комп’ютера; - логічних команд та команд переходів; - інформації в комп’ютерах;

- зовнішніх пристроїв комп’ютерів;

практичних навичок по створенню, роботі та використанню мови асемблера:

- директив опису змінних та констант; - команд пересилки та арифметичних команд; - команд порівняння та переходу; - масивів і структур; - бітових операцій та упакованих даних; - програмних сегментів; - процедур (підпрограм); - програмних засобів; - текстів програм; - об’єктних та завантажувальних модулів; - макрозасобів; - макрогенерація текстів програм;

- при створені (написанні, трансляції, тестуванні, налагоджувані) системних та прикладних програм.

2. Історія ЕОМ. Структура ЭВМ первого поколения полностью соответствовали машине фон Неймана. Технические характеристики машин были значительно ниже характеристик современных ПК. Программирование велось в машинных кодах. Емкость ОЗУ – 2 тысячи слов. Ввод информации с перфоленты и кинопленки.

Второе поколение ЭВМ. Связывают с переходом от ламповых к транзисторным ЭВМ. Транзисторы позволяли обеспечить большую надежность, быстродействие и меньшее энергопотребление (среднее время отказа около 100 часов, тогда как на машинах первого поколение около 10 часов, энергоемкость на два порядка ниже, по сравнению с машинами первого поколения). Переход к печатному монтажу также улучшило надежность Начинается бурное развитие математического и программного обеспечения.

Третье поколение ЭВМ.

В конце 60-х годов появляются первые машины третьего поколения. Изменение технической базы связано с переходом на интегральную схематехнику. Вследствие чего произошло заметное увеличение надежности. В машинах третьего поколения формируется концепция канала, начинается работа с распараллеливанием процессора, появляется микропрограммное управление, иерархируется память, впервые вводится понятие агрегатирования МК – мультиплетный канал (медленные устройства) СК – селекторный канал (высокоскоростные устройства) Дальнейшее развитие математического и программного обеспечения приводит к созданию пакетных программ для решения типовых задач, проблемно – ориентированных программных языков (для решения задач отдельной категории) и впервые создаются уникальные программные комплексы, – операционные системы (разработаны IBM).

Четвертое поколение ЭВМ.

В конце 70-х кодов появляются первые ЭВМ четвертого поколения. Связано с переходом на интегральные схемы средней и большой степени интеграции.

Характерные свойства ЭВМ четвертого поколения:

Мультипроцессорность

Параллельно – последовательная обработка

Языки высокого уровня

Появляются первые сети ЭВМ Технические характеристики ЭВМ четвертого поколения:

- Средняя задержка сигнала 0.7 нс./вентиль (вентиль – типовая схема)

- Впервые основная память – полупроводниковая. Время выработки данного из такой памяти 100-150 нс. Емкость 1012 –1013 символов.

- Впервые применяется аппаратная реализация оперативной системы

- Модульное построение стало применяться и для программных средств Основная внимание машин четвертого поколения было направлено на сервис (улучшение общения ЭВМ и человека).

Пятое поколение ЭВМ.

В конце 80-х годов появляются первые ЭВМ пятого поколения. Пятое поколение ЭВМ связывают с переходом к микропроцессорам. С точки зрения структурного построения характерна максимальная децентрализация управления. С точки зрения программного и математического обеспечения – переход на работу в программных средах и оболочках. Производительность 108 -109 операций в секунду. Для пятого и шестого поколения характерны многопроцессорные структуры созданные на упрощенных микропроцессорах, которых очень много (решающие поля или среды). Создаются ЭВМ ориентированные на языки высокого уровня. В этот период существуют две диаметрально противоположных тенденции:

- Персонификация ресурсов

- Коллективизация ресурсов (коллективный доступ – сети)

3. ЕОМ, як цифровий автомат. Компьютеры, предназнчены для обработки цифровой информации и являются частным, но наиболее распространенным видом цифровых автоматов. Для успешного изучения общих принципов обработки цифровой информации рационально, по возможности максимально, отвлечься от реального аппаратного обеспечения компьютера и рассматривать компьютер как некоторый абстрактный цифровой автомат, предназначенный для обработки информации, представленной в цифровой форме. Знания по прикладной теории таких автоматов необходимы для успешного поиска новых принципов построения компьютеров, совершенствования уже известных алгоритмов обработки цифровой информации, грамотной эксплуатации вычислительной техники и разработки различного программного обеспечения.

Для всего этого необходимы четкие знания арифметических и логических основ цифровых автоматов, принципов анализа и синтеза этих автоматов. Все это является теоретической основой специальных инженерных дисциплин по вычислительной технике, изучаемых на последующих курсах студентами, которых готовят как специалистов в области эксплуатации, проектирования и создания аппаратного и программного обеспечения вычислительной техники, а также автоматизации различных научно-технических систем.

4. Використання комп’ютерів в економіці, науці та техніці.

У економіці та промисловому виробництві застосування комп'ютерів дозволяє більш ефективно використовувати финансові ресурси, веденні бухгалтерії. Випуск нової продукції здійснювати не зміною обладнання, а зміною програм, які керують роботою автоматичних верстатів і промислових роботів. Тобто керування обробкою деталей вико­нує не людина, а мікро­процесор за спеціальною програмою. Потрібна програма вводиться у верстат з керуючого комп'ютера, де міститься бібліотека програм обробки деталей..''

Комп'ютери дозволяють автоматизувати операції складання па конвеєрах (наприклад, автомобілів), де всі операції зварювання корпусів, доставки деталей на конвеєр, складання вузлів і всього автомобіля виконують автомати.

Побудова математичних моделей і проведення випробувань 11 а них з допомогою комп'ютерів дозволяють визначити характе­ристики апарата, корабля, супутника, що проектуються, скорочую­чи тим самим матеріальні витрати і час створення нової техніки.

Наприклад, фірма проектує новий автомобіль і випробовує його на міцність. На полігоні будують стіну, розганяють і розби­вають об неї автомобіль, а потім вивчають, які частини треба зміц­нити, які замінити тощо.

Застосування ком­п'ютера дозволяє змоде-лювати таку ситуацію на екрані і «розбивати» об «математичну» стіну «математичну» машину, не витрачаючи дорогі матеріали і час.

У науці комп'ютери застосовуються для про­ведення розрахунків у комп'ютерних експериментах. Такий експеримент проводиться у тих випадках, коли безпосереднє спостереження чи звичайний експеримент неможливий або потребує великих затрат.

Кілька років тому група вчених виконала моделювання на комп'ютері процесів на Землі у випадку ядерного конфлікту. Експеримент показав, що через кілька днів після ядерних ударів людська цивілізація закінчить існування, але жодна людина під час проведення експерименту не загинула.

Багато наукових досліджень, особливо в галузі природничих наук, вимагають проведення великого обсягу обчислювальної робо­ти. Застосування математичних моделей дозволяє вченим зформу-вати більш точні прогнози погоди у різних регіонах планети.

Комп'ютери дозволяють автоматизувати розшифрування ста­родавніх текстів, організувати переклад з однієї мови на іншу.

У медицині відходять у минуле рентгенівські апарати, здатні давати лише плоскі зображення досліджуваних органів. Об'ємні зображення внутрішніх органів, які формує комп'ютер на основі великої кількості плоских знімків, дають змогу діагностувати захворювання. У клініках з'явилися діагностичні системи, які дають змогу «подивитись на людину зсередини», отримати зобра­ження розрізу різних органів для виявлення хвороби і призначення найбільш ефективного лікування.

В освіті викорис­товуються програми:

• моделюючі нав­чальні, які дозволяють проводити справжні комп'ютерні експери­менти. Наприклад, при виконанні лабораторні роботи з хімії, на екрані відображується випадання осаду або полум'я при реакціях з виділенням тепла;

програми-тренажери використовуються для набуття необ­хідних навичок. Одна з таких програм - це клавіатурний тренажер. Є тренажери для навчання пілота літака або водія автотранспорту в «реальній» обстановці й аварійних ситуаціях;

контрольно-діагностичні програми для перевірки знань з тієї чи іншої теми, вказують на допущені помилки;

навчально-демонстраційні, наприклад «Міфи народів світу», що на компакт-диску, з багатьма звуковими та відеофрагме-нтами і активною участю людини у виконанні вправ.

Застосування комп'ютерів замінює звичні підручники на елек­тронні. У школах з'явилися електронні мультимедійні підручники на компакт-дисках, у яких об'єднується дикторський текст, музика і графіка в відеофільмі. Завдяки використанню І нтернет-технологій можна навчатись не виходячи з дому.

В галузі культури комп'ютер грає в шахи па рівні чемпіона світу, з його допомогою ство­рюються мультфільми. З'явилися комп'ютерні малюнки, вірші і музика.

При створенні мультфільму необхідно, щоб кожний кадр нама­лював художник. Щоб на екрані відбувалась дія протягом секунди, потрібні 24 малюнки. Для п'ятихвилинного мультфільму доводилось робити більше 7200 малюнків!

В наш час художник-мультиплікатор малює перший і останній кадр епізоду, а решту створює комп'ютер.

У криміналістиці комп'ютери можуть застосовуватися, наприклад, для оперативного пошуку викраденої машини. Достатньо ввести в комп'ютер номер машини - і на екран будуть виведені повні відомості про власника машини і її технічні характеристики: заводський номер, рік випуску, колір тощо. У комп'ютер заносять відомості про скоєні правопорушення, про методи їх виконання, описи психологічних і фізичних особливос­тей злочинців. Усі ці відомості складають інформаційно-довідкову систему, доступну з кожного поліцейського комп'ютера. При новому злочині достатньо описати «почерк» злочинця і звернутися за допомогою до комп'ютера. Він підкаже - виведе на екран або на папір відомості про правопорушення, які схожі за характером виконання до даного.

Комп'ютери все ширше застосовуються у повсякденному житті людини. Наприклад, заробітну плату можна отримувати на свій рахунок у банку. У вас буде магнітна картка, з якої комп'ютер у будь-якому магазині або банку вільно читає ваше прізвище, адресу, скільки грошей на рахунку. Щоб зробити покупку, вибираєте потрібний товар і вставляєте картку в спеціальний отвір. Комп'ютер перевіряє вартість покупки і автоматично відраховує її з вашого банківського рахунку.

У недалекому майбутньому відпаде необхідність у придбанні книг. Коли вам захочеться почитати «модну» книжку, досить буде через свій домашній комп'ютер звернутися в центральну бібліотеку - і сторінки замовленої книги будуть одна по одній з'являтись на

екрані монітора. Якщо вам набридне читати текст, комп'ютер сам буде це робити, а вам залишиться лише слухати диктора і роз­глядати малюнки.

У XXI столітті рухом автомобілів зможуть керувати системи електронного зв'язку із супутником. Автомобіль може бути облад­наний антеною для приймання сигналу із супутника. Аналізуючи ці сигнали, комп'ютер визначить координати і місцезнаходження автомобіля на виведеній на екран монітора карті. Так здійснюється супутникова навігація.

5. Основні поняття та короткий огляд ринку сучасних комп’ютерів. В процессе работы ЭВМ все ее компоненты каким-то образом взаимодействуют между собой. Причем уровни рассмотрения этого взаимодействия могут быть различными (Рис.3): 1) Низший уровень: на уровне электрических импульсов.

2) Высший уровень: взаимодействие узлов ВМ на уровне программных модулей (1 и 2).

3) Функциональный уровень каждого отдельного узла: функция и их реализация программно – аппаратными средствами (под этим и понимается “Архитектура”).

Таким образом под архитектурой понимается совокупность свойств и характеристик ВМ, рассматриваемая с точки зрения пользователя. Принцип действия обычной ВМ можно считать копией обычного процесса вычислений (например, с помощью калькулятора). Этапы вычислений:

-Определение и задание порядка вычислений.

- Задание исходных данных.

- Выполнение вычислений (для получения промежуточных результатов)

- Получение конечного результата.

6. Огляд архітектури сучасних комп’ютерів. Центральный процессор (C P U)- это мозг PC,который выполняет все вычисления и обработку данных ,одной из наиболее существенных характеристик центрального процессора является размер шины данных и адресной шины.

Шина- это группы соединений для передачи сигналов. Сигналы в компьютере передаются по шинам в виде последовательности 0 и 1.

КЭШ 2-го уровня. Система памяти персонального компьютера состоит обычно из под системного ОЗУ (опер. запоминающее устройство) и факультативного внешнего КЭШа процессора называемого так же КЭШ 2-го уровня или L2. Встроенный КЭШ процессора PENTIUM (8 килобит (кб) КЭШ данных и 8 кб КЭШ команд. Эффективнее для достижения max производительности необходимо использовать и внешний КЭШ.

Локальная шина РСI .

PCI (peripheral component Interconnect- межсоединение периферийных компонентов)

Первое и главное преимущество шины PCI заключается в том что, она обеспечивает быстродействие РС, не перегружает центральный процессор. Практически она позволяет осуществлять передачу больших объемов данных со скоростью в 10 раз выше предельной скорости системы ISA.ISA ( Industry Standard architecture).

Мост / контроллер памяти.

Предназначен для того, чтобы отделить локальную шину CPU от шины PCI

DRAM- динамическая память.

Встроенная электроника канала IDE- это устройство для подключения магнитных дисков.

Интерфейс шины расширения предназначен для соединения шины ISA (EISA) с шиной PCI

Шина ISA (EISA) – устройство для подключения периферийных устройств к компьютеру.

7. Архітектурні принципи комп’ютерів різних поколінь. Maingrame - это среднего класса ЭВМ предназначена для централизованной обработки данных. Требует наличие вычислительного зала и обслуживающего персонала. Обладает мощными средствами вывода-ввода информации.

Мини ЭВМ - это ЭВМ компаративного пользования(для отдельной организации) имеет развитые средства ввода-вывода, не нуждается в отдельном помещении и специальном персонале.1983-1985-микропроцессоры на одном кристалле. Появление многопроцессорного.

Супер-компьютер - это многопрограммные вычислительные системы предназначенные для большого объема вычислительных работ при решении задач ядерных исследований, прогноза погоды, генетических исследований и др. Самый известный суперкомпьютер ‘’Fray''

Персональный компьютер.

1985г.-первый ‘’Альтаир’’-развлекательный компьютер компании ‘’Appall'' . ''Appall-1''- был выполнен на куске фанеры.

1981г.-12 августа IBM представила компьютер составной. При создании был использован весь предшествующий опыт и произведены новые изыскания, что являлось основанием для того, чтобы назвать этот компьютер стандартом IBM-PC. Персональные компьютеры других производителей, удовлетворившие (IBM PC) их стандарту назывались PC-совместимые.