Оперативная память

Следующий важнейший компонент, подключаемый к материнской плате - оперативная память (RAM, Random Access Memory, память с произвольным доступом). Каково ее назначение? Оперативная память является рабочей областью для процессора, в ней размещаются программы во время их выполнения процессором. Оперативная память является энергозависимым устройством, т.е. данные в ней хранятся только при включенном питании компьютера. Когда компьютер выключается, всё её содержимое стирается. А что же происходит с данными которые обрабатывались во время работы компьютера? Они предварительно сохраняются на жестком диске, который является устройством для длительного хранения информации(даже при отсутствии питания). Оперативная память примерно в сотню раз (при равном объеме хранения данных) дороже жесткого диска. Поэтому в системе устанавливают некоторое количество оперативной памяти, которое намного меньше чем объём современного жесткого диска.

Таким образом данные и программы однажды считываются с жесткого диска и размещаются в оперативной памяти, а затем работа процессора с этими программами и данными происходит в оперативной памяти. Естественно, что от быстродействия оперативной памяти зависит, насколько быстро процессор обеспечивается данными для обработки и производительность компьютера в целом. Например, компьютер с более быстрым процессором может конкретную задачу решить медленнее, чем компьютер с менее быстрым процессором, если у последнего оперативная память быстрее. Важно подчеркнуть, что здесь нельзя говорить о том что один компьютер быстрее другого, нужно понимать, что это зависит от каждой конкретной задачи. Так же важным является вопрос о том, как зависит производительность компьютера от количества установленной оперативной памяти. Нельзя говорить о том, что чем больше памяти, тем быстрее компьютер. Все зависит от конкретной задачи.

Chipset

Следующий важнейший компонент, на котором мы остановимся - так называемый набор микросхем или chipset , на базе которого строится материнская плата. Чипсет - самые большие (после процессора) микросхемы в компьютере, и самые большие из припаянных к материнской плате. Какие функции выполняет чипсет? Чипсет обеспечивает связь между основными узлами, расположенными на материнской плате, в первую очередь между процессором и памятью. Поэтому, естественно, от чипсета так же зависит производительность компьютера в целом, т.к. если, к примеру, чипсет медленно работает с памятью, то и система работает медленнее, нежели система с тем же процессором и памятью, но другим, более быстро работающим с памятью чипсетом.

Но функция связывания всех компонентов в единую систему не единственная функция чипсета. Кроме того, современный чипсет содержит целый ряд основных, базовых контроллеров различных устройств, подключаемых к материнской плате. К примеру: практически к любому компьютеру обычно подключают дисковод. Зачем покупать для подключения дисковода отдельную плату контроллера дисковода, если контроллер можно интегрировать в чипсет. Разумеется, себестоимость интеграции контроллера на материнскую плату гораздо ниже приобретения отдельной платы контроллера. Поэтому многие контроллеры и интегрируют на плату (в данном случае в чипсет).

Какие же контроллеры интегрируют в чипсет?

Контроллер дисковода (его называют FDC - Floppy Disk Controller, а сам дисковод FDD - Floppy Disk Drive), к нему можно подключить 2 дисковода;

Контроллер жесткого диска (этот контроллер называется IDE Controller, а жесткий диск - HDD - Hard Disk Drive), причем встраивается в чипсет 2 контроллера, таким образом поддерживается 2 порта для подключения жестких дисков, а к каждому контроллеру, т.е. порту можно подключить по 2 диска, т.е. к стандартной материнской плате можно подключить до 4 жестких дисков.

Контроллер паралельного порта (еще он называется LPT port). Исторически сложилось, что такие устройства как принтеры подключались именно к этому порту. Поэтому его также называют порт принтера. Так же нередко в этот порт подключают сканер.

Коммуникационные порты (2 шт.), говорят так же о последовательных портах, COM - портах. К этим портам может подключаться мышь, модем (устр-во для связи с другими компьютерами по телефонным линиям), некоторые экзотические принтеры (обычно от мобильных компьютеров) и т.д.

Контроллер клавиатуры и контроллер порта мыши . Порты этого контроллера называется PS/2. Поэтому говорят о PS/2 порте мыши и клавиатуры. Причем кроме мыши и клавиатуры к ним ничего более нельзя подключить.

Контроллер Универсальной Последовательной Шины (USB, Universal Serial Bus). Эта шина, и интересна тем, что позволяет к одному порту подключить последовательно 127 устройств! Но, при этом нужно отметить, что текущая реализация USB в чипсетах обеспечивает весьма низкую скорость обмена с устройствами, но уже разработана новая версия шины USB, и она уже всё чаще появляется в новых чипсетах.

Аудио-контроллер , или так называемая звуковая карта. Уже несколько лет практически все производители чипсетов встраивают недорогие звуковые карты в состав основного набора микросхем материнской платы. Они обходятся покупателям практически бесплатно, соответственно и качество звука, обеспечиваемое таким аудио-контроллером далеко от совершенства. Единственный его плюс - как уже упоминалось - цена и доступность.

Обычно чипсет состоит из нескольких микросхем, чаще всего из двух. Эти микросхемы принято называть мостами (bridge). Одна микросхема обеспечивает связь компонентов системной платы, ее обычно называют Северным мостом (North bridge), другая микросхема называется Южным мостом (South bridge), она ответственна в первую очередь за интегрированные в чипсет контроллеры. Северный мост обычно находится выше Южного, если смотреть на материнскую плату как на этом рисунке:

Бывают чипсеты состоящие так же из 1, 3, 4 микросхем.

От чипсета, на базе которого построена материнская плата, зависят все возможности, которые плата предоставляет. В частности тип используемого процессора, тип и количество оперативной памяти зависят в первую очередь от чипсета. Итак, ясно, что чипсет является как бы сердцем материнской платы, и, безусловно, важнейшим ее компонентом.

BIOS

Также важным компонентом материнской платы является микросхема BIOS (Basic Input Output-System, базовая система ввода-вывода). Эта микросхема представляет собой память, но не оперативную, а, напротив, постоянную. В этой микросхеме записана программа, которая обеспечивает начальный старт компьютера. Эта программа и называется BIOS. (По имени этой программы и саму микросхему также иногда называют BIOS). Дело в том, что компьютер, вообще говоря, лишь груда железа и пластика. И заставить эту груду что-либо делать может лишь программное обеспечение. И в этой микросхеме как раз записана программа, которая обеспечивает начальный страт компьютера.

В момент старта компьютера в первую очередь начинает исполняться содержимое микросхемы постоянной памяти, собственно программа BIOS. Эта программа обеспечивает процедуру старта машины, проверки, инициализации и настройки всех ее узлов, а затем передает управление операционной системе. Естественно, если микросхема повреждена, или программа BIOS стерта, или микросхема извлечена из платы, то компьютер в принципе не может запуститься. Но если осторожно вытащить микросхему из работающего компьютера, то он продолжает работать. Для хранения BIOS применяются различные типы микросхем. Наиболее старые микросхемы - так называемые "однократные". В эту микросхему в заводских условиях однажды записывается информация, а затем она не может быть ни стерта, ни изменена. Затем стали применять микросхемы с ультрафиолетовым стиранием. В такую микросхему записывают данные на специальном устройстве, называемом программатором, стирание возможно при облучении микросхемы ультрафиолетом через специальное окно - отверстие в корпусе. Затем снова возможна запись на программаторе. Но сегодня в первую очередь применяют так называемые flash микросхемы. Они позволяют как электрическое стирание, так и электрическое программирование. Современные материнские платы имеют все для того, чтобы перепрограммировать микросхему BIOS самостоятельно, без ее извлечения.

При начальном старте компьютера и начальной инициализации устройств есть целый ряд параметров, которыми BIOS необходимо пользоваться. Наиболее интуитивно понятные параметры: системное время и дата. Ведь пользователь не вводит их самостоятельно при каждом включении компьютера (хотя на старых машинах так бывало). Кроме этих есть множество других параметров, необходимых для начального старта машины и которые пользователь может менять.

Где же хранятся значения этих параметров? Естественно, в специально отведенной для этих целей памяти, называемой CMOS. Память CMOS является частью микросхемы часов, и имеет емкость 2-4 кб и располагается на материнской плате. Эта память не является энергонезависимой и питается(совместно с часами) от расположенной на плате батарейки.

18. Процесс и дескриптор процесса

Проце́сс — выполнение пассивных инструкций компьютерной программы на процессоре ЭВМ. Стандарт ISO 9000:2000 Definitions определяет процесс как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих действий, преобразующих входящие данные в исходящие.

Компьютерная программа сама по себе это только пассивная совокупность инструкций, в то время как процесс — это непосредственное выполнение этих инструкций.

Часто процессом называют выполняющуюся программу и все её элементы: адресное пространство, глобальные переменные, регистры, стек, открытые файлы и т. д.

Системные данные, используемые ядром в течении времени жизни процесса, составляют дескриптор процесса. Дескриптор процесса резервируется ядром при образовании процесса и освобождается при его завершении. Дескриптор процесса формально описан структурой struct proc в заголовочном файле /usr/include/sys/proc.h. Основные поля структуры struct proc могут быть классифицированы по характеру данных следующим образом.

Поля идентификации процесса

p_pid	-	личный идентификатор процесса;
p_ppid	-	идентификатор процесса-предка;
p_pgrp	-	идентификатор группы процесса;
p_uid	-	реальный идентификатор владельца процесса;
p_gid	-	реальный идентификатор группы владельца процесса;
p_suid	-	эффективный идентификатор владельца процесса;
p_sgid	-	эффективный идентификатор группы владельца процесса.

Поля диспечеризации процессов

p_pri	-	приоритет процесса;
p_cpu	-	системная составляющая приоритета процесса;
p_nice	-	пользовательская составляющая приоритетапроцесса;
p_time	-	время нахождения процесса в RAM или в области своппинга.

Поля внутренней синхронизации процессов

p_stat	-	статус процесса;
p_wchan	-	идентификатор события, которое ожидает процесс.

Поля сигнальной коммуникации процессов

p_sig	-	поле регистрации номеров полученных сигналов;
p_hold	-	поле регистрации сигналов с отложенной обработкой;
p_cursig	-	номер текущего сигнала;
p_ignore	-	маска номеров игнорируемых сигналов;
p_catch	-	маска номеров перехваченных сигналов.

Поля адресации процесса

p_as	-	адрес сегментной таблицы процесса
p_ubptbl	-	адрес контекста процесса.

Поля размеров сегментов процесса

p_tsize	-	размер процедурного сегмента образа процесса;
p_dsize	-	размер сегмента данных образа процесса;
p_ssize	-	размер стека образа процесса.

Поля ссылок на дескрипторы других процессов

p_link	-	ссылка на следующий элемент очереди процессов;
p_flink	-	ссылка на первый элемент очереди процессов;
p_blink	-	ссылка на последний элемент очереди процессов;
p_next	-	ссылка на следующий элемент таблицы процессов;
p_pptr	-	ссылка на дескриптор процесса-предка;
p_cptr	-	ссылка на дескриптор младшего процесса-потомка.

19. Основные режимы взаимодействия пользовате­ля с ЭВМ.

Различают следующие режимы взаимодействия пользователя ЭВМ: пакетный и интерактивный (запросный, диалоговый). Сами ЭВМ могут функционировать в следующих режимах: одно и мне программном, разделении времени, реального времени, телеобработки. При этом предусматривается цель удовлетворения потребностей пользователей в максимально возможной автоматизации peiuei разнообразных задач.

Пакетный режим был наиболее распространен в практике централизованного решения экономических задач, когда большой удельный вес занимали задачи отчетности о производственно-хозяйственной деятельности экономических объектов разного уровня управления.

Организация вычислительного процесса при пакетном строилась без доступа пользователя к ЭВМ. Его функции ограничивались подготовкой исходных данных по комплексу информации взаимосвязанных задач и передачей их в центр обработки, где сформировался пакет, включающий задание для ЭВМ на обработку, граммы, исходные, нормативно-расценочные и справочные данные. Пакет вводился в ЭВМ и реализовывался в автоматическом режиме без участия пользователя и оператора, что позволяло минимизировать время выполнения заданного набора задач. При этом работа ЭВМ могла проходить в однопрограммном или многопрограммном режи­ме, что предпочтительнее, так как обеспечивалась параллельная ра­бота основных устройств машины. В настоящее время пакетный ре­жим реализуется применительно к электронной почте.

Интерактивный режим предусматривает непосредственное взаимодействие пользователя с информационно-вычислительной сис­темой, может носить характер запроса (как правило, регламентиро­ванного) или диалога с ЭВМ. Запросный режим необходим пользо­вателям для взаимодействия с системой через значительное число абонентских терминальных устройств, в том числе удаленных на зна­чительное расстояние от центра обработки. Такая необходимость обусловлена решением оперативных задач справочно-информационного характера, какими являются, например, задачи резервиро­вания билетов на транспорте, номеров в гостиничных комплексах, выдача справочных сведений и т.п. ЭВМ в подобных случаях реали­зует систему массового обслуживания, работает в режиме разделения времени, при котором несколько независимых абонентов (поль­зователей) с помощью устройств ввода-вывода имеют в процессе решения своих задач непосредственный и практически одновремен­ный доступ к ЭВМ. Этот режим позволяет дифференцированно в строго установленном порядке предоставлять каждому пользователю время для общения с ЭВМ, а после окончания сеанса отключать его.

Диалоговый режим открывает пользователю возможность непо­средственно взаимодействовать с вычислительной системой в допус­тимом для него темпе работы, реализуя повторяющийся цикл выдачи задания, получения и анализа ответа. При этом ЭВМ сама может инициировать диалог, сообщая пользователю последовательность шагов (представление меню) для получения искомого результата.

Обе разновидности интерактивного режима (запросный, диалого­вый) основываются на работе ЭВМ в режимах реального времени и телеобработки, которые являются дальнейшим развитием режима разделения времени. Поэтому обязательными условиями функциони­рования системы в этих режимах являются, во-первых, постоянное хранение в запоминающих устройствах ЭВМ необходимой информа­ции и программ и лишь в минимальном объеме поступление исходной информации от абонентов и, во-вторых, наличие у абонентов ответствующих средств связи с ЭВМ для обращения к ней в любой момент времени.

Рассмотренные технологические процессы и режимы работы пользователей в системе «человек — машина» особенно четко проявляются при интегрированной обработке информации, которая характерна для современного автоматизированного решения задач в многоуровневых информационных системах.

20. Организация взаимодействия между процессором и другими устройствами ЭВМ.

Процессор – это блок ЭВМ, предназначенный для автоматического считывания команд программы, их расшифровки и выполнения. Будучи центральным устройством ЭВМ, процессор во многом определяет её возможности и производительность.

В компьютерах третьего поколения процессор изготавливался из отдельных деталей и микросхем невысокого уровня интеграции. Прогресс в области микроэлектроники привел к тому, процессор удалось разместить внутри одного кристалла. Таким образом, он стал отдельной самостоятельной микросхемой и получил название – микропроцессор.

Размещение процессора в одной микросхеме создало предпосылки для существенного увеличения скорости работы процессора и повышения его надежности. Уменьшение размеров привело к ухудшению условий теплоотдачи, что потребовало для охлаждения современных процессоров использования металлических радиаторов с большой площадью поверхности и вентиляторов («кулеров»).

Арифметико-логическое устройство

АЛУ – компонента процессора, выполняющая арифметические и логические операции над данными.

Арифметической операцией называют процедуру обработки данных, аргументы и результат которой являются числами (сложение, вычитание, умножение, деление). Логической операцией называют процедуру, осуществляющую построение сложного высказывания (операции И, ИЛИ, НЕ, …).

АЛУ состоит из регистров, сумматора с соответствующими логическими схемами и блока управления выполняемым процессом. Устройство работает в соответствии с сообщаемыми ему кодами операций, которые при пересылке данных нужно выполнить над переменными, помещаемыми в регистры.

Регистр – это типовой узел ЭВМ, предназначенный для временного хранения данных или выполнения над ними некоторых действий. Регистр состоит из разрядов, в которые можно быстро записывать, запоминать и считывать слово, команду, двоичное число. Обычно регистр имеет ту же разрядность, что и машинное слово.

Регистр, накапливающий данные, называется аккумулятором.

Регистр, обладающий способностью перемещать содержимое своих разрядов, называют сдвиговым регистром. В этих регистрах за один такт хранимое слово поразрядно сдвигается на одну позицию.

Некоторые регистры служат счетчиками. Счетчик является устройством, которое выдает в двоичной форме число импульсов, поступивших на его единственный вход. Максимальное число импульсов, которое счетчик может подсчитать, называется его емкостью.

Регистры общего назначения (РОН) – общее название для регистров, которые временно содержат данные, передаваемые или принимаемые из памяти. РОН являются программно-доступными регистрами.

Сумматор – это устройство, осуществляющее операции сложения (логического и арифметического) чисел или битовых строк, представленных в прямом или обратном коде.

Важной функцией АЛУ является анализ полученного после выполнения команды результата. Обычно проверяется два свойства: равенство или неравенство нулю и отрицательность или неотрицательность ответа. Результаты анализа сохраняются в виде отдельных битов в регистре состояния. Данные этого регистра используются УУ для исполнения команд условных переходов.

Устройство управления

Чтобы обеспечить автоматические вычисления по программе, процессор должен уметь выполнять еще ряд дополнительных действий:

u извлекать из памяти очередную команду;

u расшифровывать ее и преобразовывать в последовательность стандартных элементарных действий;

u заносить в АЛУ исходные данные;

u сохранять полученный в АЛУ результат;

u обеспечивать синхронную работу всех узлов машины.

Для выполнения этих функций служит устройство управления (УУ).

УУ содержит несколько важных регистров для хранения информации, необходимой в ходе выполнения текущей команды.

Регистр команды – служит для размещения текущей команды, которая находится в нем в течение текущего цикла процессора.

Кроме этого, имеются регистры, содержащие адрес команды, счетчик адреса команды, адреса операндов, операнды и результаты выполнения команды.

Разрядность процессора

Под разрядностью процессора понимают число одновременно обрабатываемых им битов. Формально эта величина есть количество двоичных разрядов в регистрах процессора.

Помимо внутренней разрядности процессора существует еще разрядность шины данных, которой он управляет, и разрядность шины адреса. Разрядность регистров и разрядность шины данных влияют на длину обрабатываемых данных, а разрядность шины адреса R определяет максимальный объем памяти, который способен поддерживать процессор. Эту характеристику называют величиной адресного пространства, и она может быть вычислена по формуле 2^R.

Как правило, в современных процессорах разрядности регистров, шины данных и шины адреса различны. Например,

Основной алгоритм работы процессора

Важной составной частью фон-неймановской архитектуры является счетчик адреса команд. Он постоянно указывает на ячейку памяти, в которой хранится следующая команда программы. Считав очередную команду из памяти, процессор сразу же увеличивает значение счетчика так, чтобы он показывал на следующую команду. Затем считанная команда расшифровывается и выполняется.

При выполнении каждой команды вычислительная машина проделывает определенные стандартные действия:

1. Согласно содержимому счетчика адреса команды считывается очередная команда программы. Её код заносится на хранение в регистр команд. Счетчик команд автоматически изменяется так, чтобы в нем содержался адрес следующей команды. В простейшем случае для этой цели достаточно к текущему значению счетчика прибавить некоторую константу, определяющуюся длиной команды.

2. Считанная в регистр команд операция расшифровывается.

3. Извлекаются необходимые данные.

4. Над ними в АЛУ выполняются требуемые действия.

5. Результат записывается в ОЗУ.

Затем во всех случаях, за исключением останова, описанные действия циклически повторяются.

21. Основные этапы решения задач с помощью компьютера.

Решение задач с применением компьютера должно состоять из следующих основных этапов, часть из которых производится без участия компьютера. 1. Постановка задачи: •сбор информации о задаче; •выражение условия задачи; •выявление конечных целей решения задачи; •установление формы выдачи результатов; •описание данных (их типов, диапазонов величин, структуры и т. п.). 2. Анализ и исследование задачи, модели задачи: •исследование существующих аналогов; •изучение технических и программных средств; •выработка математической модели: •разработка структур данных. 3. Определение алгоритма: •установление метода проектирования алгоритма; •выявление формы записи алгоритма (блок-схемы, псевдокод и др.); •определение тестов и метода тестирования; •разработка алгоритма. 4. Этап программирования: •определение языка программирования; •выбор способов организации данных; •регистрация алгоритма на выбранном языке программирования. 5. Этап тестирования и отладки: •синтаксическая отладка; •отладка семантики и логической структуры; •тестовые расчеты и анализ результатов тестирования; •совершенствование полученной программы. 6. Рассмотрение результатов решения задачи и уточнение в случае необходимости математической модели с повторным выполнением этапов 2–5. 7. Сопровождение программы: •доработка программы для решения конкретных задач; •составление документации к решенной задаче, математической модели, алгоритму, программе, набору тестов, использованию. Однако не все задачи требуют четкой последовательности выполнения перечисленных этапов. Иногда их количество может меняться.

22. Характерные признаки, лежащие в основе деления ЭВМ по поколениям.

ЭВМ первого поколения

ЭВМ первого поколения - это машины, основными деталями которых были электронные лампы. Компьютеры на их основе появились в 40-х годах XX века. Первая электронная лампа - вакуумный диод - была построена Флемингом лишь в 1904 году, хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт Эдисоном в 1883 году. Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод - лампу с тремя электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа - тиратрон, пятиэлектродная лампа - пентод и т. д. До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил (для нужд экспериментальной физики) тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер , изобретенный М. А. Бонч-Бруевичем (1918) и - независимо - американцами У. Икклзом и Ф. Джорданом (1919), содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых состояний; он представляет собой электронное реле. Подобно электромеханическому, оно может быть использовано для хранения одной двоичной цифры.

ЭВМ второго поколения Применение полупроводниковых приборов позволило резко повысить надежность ЭВМ, сократить ее массу, габариты и потребляемую мощность. Полупроводниковые элементы - транзисторы - составляли основу ЭВМ второго поколения. Эти ЭВМ по сравнению с ЭВМ первого поколения обладали большими возможностями и быстродействием. А начиналось все так: 1 июля 1948 года на одной из страниц "Нью-Йорк Таймс", посвященной радио и телевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма "Белл телефон лабораториз" разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Брайттен создали первый действующий транзистор. Это был точечно-контактный прибор, в котором три металлических "усика" контактировали с бруском из поликристаллического германия. Первые компьютеры на основе транзисторов появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы более компактные внешние устройства, что позволило фирме Digital Equipment выпустить в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тыс. долларов. Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которую еще в 1938 году начал физик теоретик Уильям Шокли. Применение транзисторов в качестве основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз и к повышению их надежности.

ЭВМ третьего поколения Требование надежности, компактности, технологичности привели к созданию новой элементной базы ЭВМ - интегральных микросхем. Интегральная схема, которую также называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм2. С появления интегральных схем начались разработки ЭВМ третьего поколения. Машины этого поколения характеризуются расширенным набором всевозможного оборудования для ввода - вывода и хранения информации. Примером ЭВМ третьего поколения может служить единая система электронно-вычислительных машин (ЕС ЭВМ). Первые интегральные схемы (ИС) появились в 1964 году. Сначала они использовались только в космической и военной технике. Сейчас же их можно обнаружить где угодно, включая автомобили и бытовые приборы. Что же качается компьютеров, то без интегральных схем они просто немыслимы! Появление ИС означало подлинную революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Другими словами, один крошечный кристалл обладает такими же вычислительными возможностями, как и 30-тонный Эниак! Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились.

23. Исторические этапы развития средств вычислительной техники.

Существует несколько этапов развития средств вычислительной техники, которыми люди пользуются и в настоящее время. Ручной этап развития средств вычислительной техники. Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации и базировался на использовании различных частей тела, в первую очередь, пальцев рук и ног. Пальцевый счет уходит корнями в глубокую древность, встречаясь в том или ином виде у всех народов и в наши дни. Известные средневековые математики рекомендовали в качестве вспомогательного средства именно пальцевый счет, допускающий довольно эффективные системы счета. Фиксация результатов счета производилась различными способами: нанесение насечек, счетные палочки, узелки и др. Например, у народов доколумбовой Америки был весьма развит узелковый счет. Более того, система узелков выполняла также роль своего рода хроник и летописей, имея достаточно сложную структуру. Однако, использование ее требовало хорошей тренировки памяти. Счет с помощью группировки и перекладывания предметов явился предшественником счета на абаке - наиболее развитом счетном приборе древности, сохранившимся до наших дней в виде различного типа счетов. Абак явился первым развитым счетным прибором в истории человечества, основным отличием которого от предыдущих способов вычислений было выполнение вычислений по разрядам. Таким образом, использование абака уже предполагает наличие некоторой позиционной системы счисления, например, десятичной, троичной, пятеричной и др. Многовековой путь совершенствования абака привел к созданию счетного прибора законченной классической формы, используемого вплоть до эпохи расцвета клавишных настольных ЭВМ. Да еще и сегодня кое-где его можно встретить, помогающим в расчетных операциях. И только появление карманных электронных калькуляторов в 70-е годы нашего столетия создало реальную угрозу для дальнейшего использования русских, китайских и японских счетов - трех основных классических форм абака, сохранившихся до наших дней. При этом, последняя известная попытка усовершенствования русских счетов путем объединения их с таблицей умножения относится к 1921 г. Хорошо приспособленный к выполнению операций сложения и вычитания, абак оказался недостаточно эффективным прибором для выполнения операций умножения и деления. Поэтому открытие логарифмов и логарифмических таблиц Джоном Непером в начале XVII века явилось следующим крупным шагом в развитии вычислительных систем ручного этапа. Впоследствии появляется целый ряд модификаций логарифмических таблиц. Однако, в практической работе использование логарифмических таблиц имеет ряд неудобств, поэтому Джон Непер в качестве альтернативного метода предложил специальные счетные палочки (названные впоследствии палочками Непера), позволявшие производить операции умножения и деления непосредственно над исходными числами. В основу данного метода Непер положил способ умножения решеткой. Наряду с палочками Непер предложил счетную доску для выполнения операций умножения, деления, возведения в квадрат и извлечения квадратного корня в двоичной системе, предвосхитив тем самым преимущества такой системы счисления для автоматизации вычислений. Логарифмы послужили основой создания замечательного вычислительного инструмента - логарифмической линейки, более 360 лет служащего инженерно-техническим работникам всего мира. Механический этап развития вычислительной техники. Развитие механики в XVII веке стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Первая механическая машина была описана в 1623 году Вильгельмом Шиккардом, реализована в единственном экземпляре и предназначалась для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами. Машина Шиккарда состояла из трех независимых устройств: суммирующего, множительного и записи чисел. Сложение производилось последовательным вводом слагаемых посредством наборных дисков, а вычитание - последовательным вводом уменьшаемого и вычитаемого. Вводимые числа и результат сложения и вычитания отображались в окошках считывания. Для выполнения операции умножения использовалась идея умножения решеткой. Третья часть машины использовалась для записи числа длиною не более 6 разрядов. В машине Блеза Паскаля использовалась более сложная схема переноса старших разрядов, в дальнейшем редко используемая; но построенная в 1642 году первая действующая модель машины, а затем серия из 50 машин способствовали достаточно широкой известности изобретения и формированию общественного мнения о возможности автоматизации умственного труда. Первый арифмометр, позволяющий производить все четыре арифметических операции, был создан Готфридом Лейбницем в результате многолетнего труда. Венцом этой работы стал арифмометр Лейбница, позволяющий использовать 8-разрядное множимое и 9-разрядный множитель с получением 16-разрядного произведения. Особое место среди разработок механического этапа развития вычислительной техники занимают работы Чарльза Бэббиджа, с полным основанием считающегося родоначальником и идеологом современной вычислительной техники. Среди работ Бэббиджа явно просматриваются два основных направления: разностная и аналитическая вычислительные машины. Проект разностной машины был разработан в 20-х годах XIX века и предназначался для табулирования полиномиальных функций методом конечных разностей. Основным стимулом в данной работе была настоятельная необходимость в табулировании функций и проверке существующих математических таблиц, изобилующих ошибками. Второй проект Бэббиджа - аналитическая машина, использующая принцип программного управления и явившуюся предшественницей современных ЭВМ. Данный проект был предложен в 30-е годы XIX века, а в 1843 году Алой Лавлейс для машины Бэббиджа была написана первая в мире достаточно сложная программа вычисления чисел Бернулли. Чарльз Бэббидж в своей машине использовал механизм, аналогичный механизму ткацкого станка Жаккарда, использующему специальные управляющие перфокарты. По идее Бэббиджа управление должно осуществляться парой жакардовских механизмов с набором перфокарт в каждом. Бэббидж имел удивительно современные представления о вычислительных машинах, однако имевшиеся в его распоряжении технические средства намного отставали от его представлений. Электромеханический этап развития вычислительной техники. Электромеханический этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет. Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование, и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства. Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях. Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США Германом Холлеритом в 1887 году и состоял из: ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора. Основным назначением комплекса являлась статистическая обработка перфокарт, а также механизации бухучета и экономических задач. В 1897 году Холлерит организовал фирму, которая в дальнейшем стала называться IBM. Развивая работы Г. Холлерита, в ряде стран разрабатывается и производится ряд моделей счетно-аналитических комплексов, из которых наиболее популярными и массовыми были комплексы фирмы IBM, фирмы Ремингтон и фирмы Бюль. Заключительный период (40-е годы XX века) электромеханического этапа развития вычислительной техники характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической универсальностью и способных выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электроприводом. Конрад Цузе явился пионером создания универсальной вычислительной машины с программным управлением и хранением информации в запоминающем устройстве. Однако его первая модель Z-1 (положившая начало серии Z-машин) идейно уступала конструкции Бэббиджа - в ней не предусматривалась условная передача управления. Также, в будущем, были разработаны модели Z-2 и Z-3. Последним крупным проектом релейной вычислительной техники следует считать построенную в 1957 году в СССР релейную вычислительную машину РВМ-1 и эксплуатировавшуюся до конца 1964 года в основном для решения экономических задач. Электронный этап развития вычислительной техники. В силу физико-технической природы релейная вычислительная техника не позволяла существенно повысить скорость вычислений; для этого потребовался переход на электронные безинерционные элементы высокого быстродействия. Первой ЭВМ можно считать английскую машину Colossus, созданную в 1943 году при участии Алана Тьюринга. Машина содержала около 2000 электронных ламп и обладала достаточно высоким быстродействием, однако была узкоспециализированной. Первой ЭВМ принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer), созданную в США в конце 1945 года. Первоначально предназначенная для решения задач баллистики, машина оказалась универсальной, т.е. способной решать различные задачи. Еще до начала эксплуатации ENIAC Джона Моучли и Преспера Эккерт по заказу военного ведомства США приступили к проекту над новым компьютером EDVAC (Electronic Discrete Automatic Variable Computer), который был совершеннее первого. В этой машине была предусмотрена большая память (на 1024 44-битных слов; к моменту завершения была добавлена вспомогательная память на 4000 слов для данных), предназначенная как для данных, так и для программы. Компьютер EDSAC положил начало новому этапу развития вычислительной техники - первому поколению универсальных ЭВМ.

24. Современная классификация средств обработки информации.

Технические средства обработки информации делятся на две большие группы. Это основные и вспомогательные средства обработки. Вспомогательные средства – это оборудование, обеспечивающее работоспособность основных средств, а также оборудование, облегчающее и делающее управленческий труд комфортнее. К вспомогательным средствам обработки информации относятся средства оргтехники и ремонтно-профилактические средства. Оргтехника представлена весьма широкой номенклатурой средств, от канцелярских товаров,

до средств доставления, размножения, хранения, поиска и уничтожения основных данных, средств административно производственной связи и так далее, чтоделает работу управленца удобной и комфортной.

Основные средства – это орудия труда по автоматизированной обработке информации. Известно, что для управления теми или иными процессами необходима определенная управленческая информация, характеризующая состояния и параметры технологических процессов, количественные, стоимостные и трудовые показатели производства, снабжения, сбыта, финансовой деятельности и т.п. К основным средствам технической обработки относятся: средства регистрации и сбора информации, средства приема и передачи данных, средства подготовки данных, средства ввода, средства обработки информации и средства отображения информации. Ниже, все эти средства рассмотрены подробно.

· Получение первичной информации и регистрация является одним изтрудоемких процессов. Поэтому широко применяются устройства для механизированного и автоматизированного измерения, сбора и регистрации данных. Номенклатура этих средств весьма обширна. К ним

относят: электронные весы, разнообразные счетчики, табло, расходомеры, кассовые аппараты, машинки для счета банкнот, банкоматы и многое другое. Сюда же относят различные регистраторы производства, предназначенные для оформления и фиксации сведений о хозяйственных операциях на машинных носителях.

· Средства приема и передачи информации.

Под передачей информации понимается процесс пересылки данных (сообщений) от одного устройства к другому. Взаимодействующая совокупность объектов, образуемые устройства передачи и обработки данных, называется сетью. Объединяют устройства, предназначенные для передачи и приема информации. Они обеспечивают обмен информацией между местом её возникновения и местом её обработки.

Структура средств и методов передачи данных определяется расположением источников информации и средств обработки данных, объемами и временем на передачу данных, типами линий связи и другими факторами. Средства передачи данных представлены абонентскими пунктами (АП), аппаратурой передачи, модемами, мультиплексорами.

· Средства подготовки данных представлены устройствами подготовки информации на машинных носителях, устройства для передачи информации с документов на носители, включающие устройства ЭВМ. Эти устройства могут осуществлять сортировку и корректирование.

· Средства ввода служат для восприятия данных с машинных носителей и ввода информации в компьютерные системы

· Средства обработки информации играют

важнейшую роль в комплексе технических средств обработки информации. К средствам обработки можно отнести компьютеры, которые в свою очередь разделим на четыре класса: микро, малые (мини); большие и суперЭВМ. Микро ЭВМ бывают двух видов: универсальные и специализированные. И универсальные и специализированные могут быть как многопользовательскими - мощные ЭВМ, оборудованные несколькими терминалами и функционирующие в режиме разделения времени (серверы), так и однопользовательскими (рабочие станции), которые специализируются на выполнении одного вида работ.

Малые ЭВМ – работают в режиме разделения времени и в многозадачном режиме. Их положительной стороной является надежность и простота в эксплуатации.

Большие ЭВМ – (мейнфермы) характеризуются большим объемом памяти, высокой отказоустойчивостью и производительностью. Также характеризуется высокой надежностью и защитой данных; возможностью подключения большого числа

пользователей.

Супер-ЭВМ – это мощные многопроцессорные ЭВМ с быстродействием 40 млрд.операций в секунду.

Сервер - компьютер, выделенный для обработки запросов от всех станций сети и представляющий этим станциям доступ к системным ресурсам и распределяющий эти ресурсы. Универсальный сервер называется -сервер-приложение. Мощные серверы можно отнести к малым и большим ЭВМ. Сейчас лидером являются серверы Маршалл, а также существуют серверы Cray (64процессора).

· Средства отображения информации используют для вывода результатов вычисления, справочных данных и программ на машинные

носители, печать, экран и так далее. К устройствам вывода можно отнестимониторы, принтеры и плоттеры.

Монитор – это устройство, предназначенное для отображения информации, вводимой пользователем с клавиатуры или выводимой компьютером.

Принтер – это устройство вывода на бумажный носитель текстовой играфической информации.

Плоттер – это устройство вывода чертежей и схем больших форматов на бумагу.

Классификация технических средств обработки информации.

Средства оргтехники

25. Классификация программного обеспечения.

Программное обеспечение (ПО) - это совокупность всех программ и соответствующей документации, обеспечивающая использование ЭВМ в интересах каждого ее пользователя.

Различают системное и прикладное ПО. Схематически программное обеспечение можно представить так:

Системное ПО – это совокупность программ для обеспечения работы компьютера. Системное ПО подразделяется на базовое и сервисное. Системные программы предназначены для управления работой вычислительной системы, выполняют различные вспомогательные функции (копирования, выдачи справок, тестирования, форматирования и т. д).

Базовое ПО включает в себя:

• операционные системы;

• оболочки;

• сетевые операционные системы.

Сервисное ПО включает в себя программы (утилиты):

• диагностики;

• антивирусные;

• обслуживания носителей;

• архивирования;

• обслуживания сети.

Прикладное ПО – это комплекс программ для решения задач определённого класса конкретной предметной области. Прикладное ПО работает только при наличии системного ПО.

Прикладные программы называют приложениями. Они включает в себя:

• текстовые процессоры;

• табличные процессоры;

• базы данных;

• интегрированные пакеты;

• системы иллюстративной и деловой графики (графические процессоры);

• экспертные системы;

• обучающие программы;

• программы математических расчетов, моделирования и анализа;

• игры;

• коммуникационные программы.

Особую группу составляют системы программирования (инструментальные системы), которые являются частью системного ПО, но носят прикладной характер. Системы программирования – это совокупность программ для разработки, отладки и внедрения новых программных продуктов. Системы программирования обычно содержат:

• трансляторы;

• среду разработки программ;

• библиотеки справочных программ (функций, процедур);

• отладчики;

• редакторы связей и др.

26. Системное программное обеспечение ЭВМ. Операционные системы.