Типы компьютеров а буквенные б аналоговые в гибридные г цифровые

Обновлено: 06.07.2024

Аналоговые или непрерывные?
Что требуется для решения какой-либо практической задачи на современном компьютере? Конечно же, он сам (то есть аппаратное обеспечение), затем соответствующее системное и прикладное программное обеспечение, ну и алгоритм решения задачи. Третий компонент обычно упускают из виду, в силу того что он зачастую рождается в голове программиста, а значит, вроде как компьютеру не принадлежит. Между тем важность алгоритмической составляющей в ходе решения задачи перевешивает порой важность качеств "софта" и "железа". Недаром же алгоритмы кое-где в литературе именуют brainware. Алгоритмический багаж человечества колоссален. И его накопление осуществляется постоянно. С тех самых времён, когда математические расчёты стали применяться для решения конкретных инженерных задач. В строительстве и кораблестроении, в астрономии и металлургии.
При этом применяя тот или иной математический аппарат для решения различных практических задач, инженеры и исследователи не могли не обратить внимания на тот факт, что различные по своей физической природе процессы нередко описываются одинаковыми математическими уравнениями. Так, к примеру, задачи из области гидродинамики, связанные с обтеканием тел потоком жидкости, решаются аналогично термодинамическим задачам, описывающим процесс распространения тепла в различных нагреваемых материалах, а также процессам распространения тока в электролитах. Ключевым словом здесь становится "аналогично". А раз получаемый результат одинаков во всех этих случаях, значит, процесс решения одной задачи (особенно если реализовать условия для её решения чрезвычайно трудно) можно заметить аналогичным (подобным) процессом из другой предметной области.
Так, решение дифференциальных уравнений второго порядка с переменными коэффициентами, широко применяемых в таких областях, как баллистика и астрономия, может быть получено с помощью последовательности простых механизмов, представляющих вращающиеся перпендикулярно друг другу диски разного диаметра. Один такой механизм способен непрерывно решать простейшее дифференциальное уравнение, передавая полученный интеграл на вход следующего подобного механизма. Придумал этот вычислитель в конце девятнадцатого века физик Уильям Томпсон (лорд Кельвин). Такая механическая система при этом могла выступать аналогом любого другого процесса, описываемого дифференциальными уравнениями. Например, точки прицеливания оружейного ствола. Именно для этих целей использовалась усовершенствованная американским инженером Вэниваром Бушем в тридцатых годах прошлого столетия схема механического вычислителя Кельвина-Томпсона, названная им "Дифференциальный анализатор".

Примерно в это же время в СССР инженер Лукьянов для решения сугубо практической задачи анализа изменения температуры в бетонной кладке в зависимости от состава бетона, технологии его заливки и внешних условий, описываемой всё теми же дифференциальными уравнениями, предложил новый способ механизации трудоёмких расчётов. Обнаружив сходство между движением потока жидкости и распространением тепла в твёрдых телах, Лукьянов разработал устройство, в котором вода выступала в роли аналога термодинамического процесса. Прибор Лукьянова представлял собой систему сосудов с водой и трубок с изменяемым гидравлическим сопротивлением — пьезометров. Подбирая величины гидравлических сопротивлений трубок и схему соединения сосудов, Лукьянов добился возможности решения системы уравнений с частными производными. Результат решения фиксировался на графиках вручную путём замера уровня воды в пьезометрах. Свое устройство Лукьянов назвал гидроинтегратором и постоянно продолжал его совершенствовать. В пятидесятые годы состав блоков гидроинтеграторов был унифицирован, что позволило наладить их серийное производство, специализируя выпускаемые вычислители для различных классов задач. Увидеть действующую модель гидроинтегратора Лукьянова сегодня можно в Политехническом музее в Москве.

Получается, что аналоговыми такие вычислители называются в том числе и потому, что они позволяют заменить процесс, прямое наблюдение которого по разным причинам затруднено, процессом аналогичным, но более наглядным. При этом важно то, что оба процесса описываются одинаковыми математическими зависимостями.
Подобные вычисления относятся к классу неалгоритмических, поскольку вместо описания процесса решения задачи с помощью набора дискретных операций в них применяется непрерывная (аналоговая) форма представления (НФП) обрабатываемых математических величин. Фактически вместо алгоритма решения конструкция подобных вычислителей сама по себе является решением. Подаваемые на их вход значения преобразовываются в соответствии с аналогиями аналитических зависимостей, реализованными в механических, гидравлических (пневматических) или электрических процессах.
Кстати, благодаря аналогии электрического сопротивления температурным процессам, в лаборатории электромоделирования Энергетического института, под руководством профессора Льва Израилевича Гутенмахера, в 1939 году были разработаны варианты аналоговых вычислителей, именуемых электроинтеграторами. Они широко применялись для решения систем уравнений Лапласа, Пуассона и Фурье, используемых при расчёте пространственных температурных полей, в частности в задачах радиационного теплообмена, а также подземной гидравлики в нефтедобывающей отрасли. Представляя собой координатную сетку, в узлах которой были расположены сопротивления с величинами, пропорциональными термическим сопротивлениям, электроинтегратор имитировал температурные поля или, например, нефтяные скважины с помощью токов, задаваемых в узлах этой сетки усилителями постоянного тока.
В середине пятидесятых годов прошлого столетия на Пензенском заводе счётно-аналитических машин (САМ) по заказу Министерства нефтяной и газовой промышленности был разработан электроинтегратор ЭИ-С (специальный), рещающая часть которого представляла крупнейшую в мире координатную сетку площадью двести квадратных метров. ЭИ-С позволял рассчитывать одновременную работу более пятисот эксплуатационных и двухсот пятидесяти нагнетательных нефтяных скважин. При этом для каждой скважины программировалось более пятидесяти изменяемых во времени параметров. Подробнее об ЭИ-С можно прочесть в журнале "Юный техник" номер 47 за 1960 год.

АВМ. Упорядочивая аналоговый хаос

Являются ли рассмотренные выше механизмы аналоговыми вычислительными машинами? Безусловно. Правда, используя нынешнюю классификацию ЭВМ, их стоит отнести к специализированным вычислителям, ориентированным на решение узкого класса задач. Как и всякие специализированные решения, подобные конструкции были хороши в конкретных областях применения. Конечно, изменяя характеристики их элементов, можно было добиться расширения класса решаемых задач, однако ограничения подобия процесса, заложенного в их конструкцию, определённому, зачастую фиксированному, виду реальных процессов сильно ограничивало возможности их применения. Кроме того, "программирование" подобных вычислителей в большей степени являлось искусством и сильно зависело от умения выбрать правильную целевую функцию, что, конечно же, являлось далеко не формализуемой процедурой, а, скорее, экспериментальным поиском.
Развитие электроники позволило к середине прошлого столетия внести элемент упорядоченности в экспериментальный хаос аналоговых вычислителей. Базовой единицей такой упорядоченности стал разработанный в сороковые годы операционный усилитель. Операционным этот усилитель постоянного тока с дифференциальным входом называется не зря. Ведь его конструкция создавалась специально для моделирования базовых математических операций, таких, как дифференцирование и интегрирование. В связке с RC-цепочками, а также потенциометрами и сервоумножителями на базе операционных усилителей были разработаны типовые вычислительные узлы операционно-блочной модели, реализующей аналоговое математическое моделирование по методу непрямой аналогии. В такой модели каждой операции и функции решаемой задачи из реальной жизни соответствует подобный ей операционный блок, созданный в большинстве случаев на базе операционного усилителя.

К таким операционным блокам относятся сумматоры, интеграторы, умножители, делители, функциональные преобразователи. При наличии достаточно большого набора таких блоков, а также источников питания для них появляется возможность решения широкого класса задач — основа универсальных аналоговых вычислителей.

Программирование таких вычислительных машин осуществляется путём составления аналоговой модели, эквивалентной решаемой задаче. Модель эта представляет собой схему соединения друг с другом типовых операционных блоков и методику расчёта их параметров. Последнее действие называется масштабированием модели.
Для создания конкретной схемы решения задачи в аналоговых компьютерах использовалась коммутационная панель — поле с выходами и входами всех операционных блоков. Для масштабирования модели имелась панель подстроечных элементов, управляющих характеристиками каждого отдельного блока.

Аналоговый компьютер Hitachi-200х. Хорошо видны коммутационная панель и подстроечные регуляторы для масштабирования модели

В советском компьютере МН-7 присутствуют все базовые компоненты типового аналогового вычислителя

Вычисления в таких компьютерах начинаются подачей на вход схемы питающего напряжения и заканчиваются по завершению переходных процессов в операционных блоках схемы. Поскольку все элементы схемы в момент подачи напряжения функционируют параллельно, говорить о пошаговом выполнении задачи нельзя. Вся схема целиком одномоментно имитирует решение эквивалентной ей задачи. Вывод таким аналоговым компьютером результатов решения "запрограммированной" в его схеме задачи осуществлялся чаще всего на осциллограф в виде графиков развития во времени моделируемого процесса.

Благодаря своей универсальности аналоговые компьютеры подобной конструкции нашли широкое применения практически во всех областях человеческой деятельности, где требовались расчёты сложных нелинейных динамических систем. Особое значение аналоговые вычислители приобрели в ходе освоения космического пространства. Расчёт орбит движения космических аппаратов, а также решение задач их баллистического спуска требовали вычислений в реальном масштабе времени и с учётом многочисленных корректировок.

Так будет выглядеть аналоговая схема решения задачи расчёта распространения вирусной инфекции.

Цифровые ЭВМ в то время не могли обеспечить достаточной скорости расчётов. А вот предварительно запрограммированные аналоговые машины прекрасно справлялись с поставленными задачами. Впрочем, аналоговым ЭВМ всё же пришлось уживаться с их цифровыми собратьями.

Гибриды цифро-аналогового мира

Даже несмотря на весьма небольшие погрешности отдельных операционных блоков, общая погрешность аналоговых компьютеров оставалось значительной. В сложных схемах решения ряда задач из-за накопления относительных погрешностей в их элементах суммарная погрешность схемы достигала пяти процентов.
Решить эту проблему помогло распределение вычислительной задачи между аналоговым и цифровым компьютером. Машинные комплексы, представляющие собой связанные с помощью АЦП-ЦАП преобразователей аналоговые и цифровые вычислители, назывались гибридными вычислительными системами.
Наибольшую известность в шестидесятые годы прошлого столетия приобрели гибридные ЭВМ производства компании Packard-Bell. Их компьютерная система HYCOMP, состоящая из аналогового компьютера MARK III и цифровой ЭВМ PB-440, использовалась для решения расчётных задач всех миссий лунной программы "Аполлон". В СССР подобные гибридные вычислительные комплексы "Сатурн" разрабатывались Пензенским заводом САМ на базе электроинтеграторов на резистивной сетке и цифровых ЭВМ семейства "Урал".

Обобщённая схема гибридной вычислительной системы, включающей две аналоговые ЭВМ общего назначения, специализированный электроинтегратор (сеточная модель) и цифровую ЭВМ

Гибридная вычислительная система HYCOMP производства компании Packard-Bell использовалась для расчётов в ходе лунной программы

В дальнейшем успехи в области разработки интегральных цифровых схем позволили реализовать принципиально новый вид гибридности. В так называемых гибридных ЭВМ операционные блоки создавались на базе аналоговых схем лишь частично. Часть из них была реализована на цифровых схемах.
Такое схемотехническое решение позволило наряду с аналоговыми вычислениями реализовать: аналого-цифровое моделирование, конечно-разностное цифровое моделирование и цифровой вычислительный процесс на основе неалгоритмического потокового программирования, в ходе которого решение задачи организуется путём структурной перестройки процессора специального типа, именуемого FPAA (Field-programmable Analog Array). В FPAA в корпусе обычной интегральной микросхемы реализованы микроминиатюрные операционные блоки на основе традиционных для аналогового компьютера операционных усилителей.

Являясь особым видом ПЛИС, интегральные схемы FPAA легко перепрограммируются под решение конкретных вычислительных задач, обеспечивая при этом минимально возможные для аналоговых операционных элементов погрешности вычислений. В отличие от своих цифровых собратьев FPGA, содержащих значительное количество логических элементов и соединительных связей, интегральные схемы FPAA состоят из относительно небольшого числа CAB-модулей, каждый из которых содержит либо схемы на основе операционных усилителей, либо массивы ёмкостей и резисторов. Фактически микросхемы FPAA реализуют конструкцию обычного аналогового компьютера с кросс-панелью в миниатюре. А это означает, что их можно применять для задач, в которых аналоговые компьютеры традиционно сильны. Так, современные FPAA в специальном исполнении, защищающем их от космической радиации, работают в качестве вычислителей орбит и траекторий полёта современных спутников и пилотируемых космических аппаратов.
А это означает, что у удивительных компьютеров без алгоритмов, зародившихся задолго до своих цифровых коллег и основанных на принципах подобия процессов в модельной и решаемой задаче, есть своё аналоговое, а если точнее — аналогово-цифровое будущее.

Электронная вычислительная машина, компьютер - комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач [6].

По принципу действия вычислительные машины делятся на три больших класса (рис. 5.1): аналоговые (АВМ), цифровые (ЦВМ) и гибридные (ГВМ).

Рис.5.1. Классификация вычислительных машин по принципу действия.

Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают (рис. 5.2).

Рис.5.2. Две формы предоставления информации в машинах:

а- аналоговая; б- цифровая импульсная.

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

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения)

Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой (больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровыевычислительные машины, обычноназываемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания обихцифровомхарактере.

Классификация ЭВМ по этапам создания

По этапамсозданияи используемой элементнойбазе ЭВМ условно делятсяна поколения:

1-е поколение, 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;

2-е поколение, 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах);

3-е поколение, 70-е гг.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе);

Примечание. Интегральная схема - электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.

4-е поколение, 80-е гг.: ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах - микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном кристалле);

5-е поколение, 90-е гг.: ЭВМ с многими десятками параллельно работающихмикропроцессоров,позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;

6-е и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой - с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предшествующим существенно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличиваются, как правило, больше чем на порядок.

Классификация ЭВМ по назначению

По назначению ЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общегоназначения),проблемно-ориентированные и специализированные (рис. 5.3).

Рис.5.3. Классификация ЭВМ по назначению.

Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

Характерными чертами универсальных ЭВМ являются:

высокая производительность;

разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных, символьных, при большом диапазоне их изменения и высокой точности их представления;

обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических, логических, так и специальных;

большая емкость оперативной памяти;

развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств.

Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами.

К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы.

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.

К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям

По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить (рис. 5.4) на сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ).

Рис. 5.4. Классификация ЭВМ по размерам и вычислительной мощности

Функциональные возможности ЭВМ обусловливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:

быстродействие, измеряемоеусредненным количеством операций, выполняемых машиной за единицу времени;

разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует ЭВМ;

номенклатура, емкость и быстродействие всех запоминающих устройств;

номенклатура и технико-экономические характеристики внешних устройств хранения, обмена и ввода-вывода информации;

типы и пропускная способность устройств связи и сопряжения узлов ЭВМ между собой (внутримашинного интерфейса);

способность ЭВМ одновременно работать с несколькими пользователями и выполнять одновременно несколько программ (многопрограммность);

типы и технико-эксплуатационные характеристики операционных систем, используемых в машине;

наличие и функциональные возможности программного обеспечения;

способность выполнять программы, написанные для других типов ЭВМ (программная совместимость с другими типами ЭВМ);

система и структура машинных команд;

возможность подключения к каналам связи и к вычислительной сети;

эксплуатационная надежность ЭВМ;

коэффициент полезного использования ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени профилактики.

Некоторые сравнительные параметры названных классов современных ЭВМ показаны в табл. 5.1.

В ЭВМ применяется двоичная система счисления, т.е. все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц, поэтому компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в цифровой форме.

Для преобразования числовой, текстовой, графической, звуковой информации в цифровую необходимо применить кодирование. Кодирование – это преобразование данных одного типа через данные другого типа. В ЭВМ применяется система двоичного кодирования, основанная на представлении данных последовательностью двух знаков: 1 и 0, которые называются двоичными цифрами (binary digit – сокращенно bit).

Таким образом, единицей информации в компьютере является один бит, т.е. двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1. Восемь последовательных бит составляют байт. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (256 = 2 в степени 8). Более крупной единицей информации является килобайт (Кбайт), равный 1024 байтам (1024 = 2 в степени 10). Еще более крупные единицы измерения данных: мегабайт, гигабайт, терабайт (1 Мбайт = 1024 Кбайт; 1 Гбайт = 1024 Мбайт; 1 Тбайт = 1024 Гбайт).

Целые числа кодируются двоичным кодом довольно просто (путем деления числа на два). Для кодирования нечисловой информации используется следующий алгоритм: все возможные значения кодируемой информации нумеруются и эти номера кодируются с помощью двоичного кода.

6)Аппаратное обеспечение современной ПЭВМ (основные блоки ПК).

Основные устройства компьютера: микропроцессор, память компьютера (внутренняя и внешняя), устройства ввода информации, устройства вывода информации, устройства передачи и приема информации

микропроцессор (МП) — сверхбольшая интегральная схема (СБИС), реализованная в едином полупроводниковом кристалле (кремния или германия) площадью меньше 0,1 см 2

Системный блок – это устройство, содержащее в своей структуре все основные технические компоненты ПК: микропроцессор, оперативную память, постоянную память, адаптеры и контроллеры, коммуникационные порты, накопитель на жестком диске (винчестер), гибком диске (дисковод), накопитель на компакт-дисках (CD-ROM), блок питания

Материнская плата – узел, который по праву может считаться самым основным устройством компьютера, так как именно к нему подключаются все остальные устройства в системном блоке: процессор, оперативная память и т.д.

Процессор – компонент, значимость которого ничуть не меньше значимости материнской платы, предназначен для выполнения определенных операций – логических и математических.

Видеоадаптор (видеокарта) - устройство, преобразовывающее графический образ из памяти ПК в другую форму, предназначенную для вывода на экран монитора. Жесткий диск – устройство, предназначенное для длительного хранения Важной информации (иногда бесполезной). Вопреки своему названию, поверьте, он отнюдь не такой уж жесткий, поэтому в обращении с ним следует быть крайне осторожным.

7) Аппаратное обеспечение современной ПЭВМ (периферийные дополнительные устройства).

Периферийные устройства. Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.

Клавиатура служит для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов. Она содержит стандартный набор алфавитно-цифровых клавиш и некоторые дополнительные клавиши — управляющие и функциональные, клавиши управления курсором, а также малую цифровую клавиатуру.

Курсор — светящийся символ на экране монитора, указывающий позицию, на которой будет отображаться следующий вводимый с клавиатуры знак.

Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.).

Принтер — печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера закодированной информации в виде печатных копий текста или графики.

Основных видов принтеров три: матричные, лазерные и струйные.

Порт — это разъём, через который можно соединить процессор компьютера с внешним устройством.

Плоттер (графопостроитель) — устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы под управлением компьютера.

Плоттеры используются для получения сложных конструкторских чертежей, архитектурных планов, географических и метеорологических карт, деловых схем. Плоттеры рисуют изображения с помощью пера.

Сканер — устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.

Модем — устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи. Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона — этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией.

Манипуляторы (мышь, джойстик и др.) — это специальные устройства, которые используются для управления курсором.

Мышь имеет вид небольшой коробки, полностью умещающейся на ладони. Мышь связана с компьютером кабелем через специальный блок — адаптер, и её движения преобразуются в соответствующие перемещения курсора по экрану дисплея.

Джойстик — это стержень-ручка, отклонение ее от вертикального положения приводит к передвижению курсора в соответствующем направлении по экрану монитора.

Трекбол — небольшая коробка с шариком, встроенным в верхнюю часть корпуса. В отличие от мыши, трекбол не требует свободного пространства около компьютера, его можно встроить в корпус машины

8) Структурная схема ПК

9) Классификация запоминающих устройств

Цифровыми запоминающими устройствами называют устройства, предназначенные для записи, хранения и считывания информации, представленной в цифровом коде. Запоминающие устройства классифицируются по назначению, технологии изготовления, способу адресации, способу хранения информации и т.д.

По назначению ЗУ подразделяются на:

- оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) обеспечивающие режим записи, хранения и считывания информации в процессе ее обработки;

- постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) осуществляют только считывание информации в рабочем режиме и являются основной памятью ПК;

- внешние запоминающие устройства (ВЗУ) предназначены для записи, считывания и хранения информации отдельно от компьютера и являются внешней памятью ПК.

ОЗУ и ПЗУ представляют собой внутреннюю память вычислительного устройства.

К основным параметрам ЗУ относятся: информационная емкость, потребляемая мощность, время хранения информации, быстродействие.

Внешнее запоминающее устройства (ВЗУ): магнитные диски, стримеры, накопитель на жестких магнитных дисках (винчестер) гибкие диски, дискетами, оптические диски (компакт-диски) CD-ROM

10) Структура памяти ЭВМ

Для этих ПК характерно стандартное распределение непосредственно адресуемой памяти между ОЗУ, ПЗУ и функционально ориентированной информацией.
Основная память в соответствии с методами доступа и адресации делится на отдельные, иногда частично или полностью перекрывающие друг друга области, имеющие общепринятые названия. Прежде всего, основная память компьютера делится на две логические области: непосредственно адресуемую память, занимающую первые 1024 Кбайта ячеек с адресами от 0 до 2 20 -1=FFFFF₁₆=1048575₁₀, и расширенную память, доступ к ячейкам которой возможен при использовании специальных программ-драйверов.

11) Программное обеспечение современной ПЭВМ. Структура программного обеспечения

Для работы компьютера необходим целый набор программ, осуществляющий выполнение требуемых задач - программное обеспечение. Программное обеспечение (ПО) компьютера делят на три класса: системное, инструментальное и прикладное.

Системными называют программы, предназначенные для разработки, отладки и поддержки выполнения других программ. К системным программам относятся операционные системы, сервисные системы и системы технического обслуживания. Сервисные системы расширяют возможности операционных систем, выполняют ряд дополнительных услуг и образуют оболочки, утилиты и программы, изменяющие внешний вид и функционирование операционной системы. Системы технического обслуживания предназначены для проверки, отладки и тестирования устройств компьютера и поиска неисправностей. Они используются в работе специалистов, контролирующих техническую работу компьютера.

Инструментальными называют программы, которые используются для создания программного обеспечения. К ним относятся системы программирования, работающие на установленном языке программирования; системы управления базами данных и программы управления искусственным интеллектом.

Прикладными называют программные средства, предназначенные для выполнения конкретных однотипных задач.

Структуру ОС составляют следующие модули:

базовый модуль (ядро ОС) — управляет работой программ и файловой системой, обеспечивает доступ к ней и обмен файлами между периферийными устройствами;

командный процессор — расшифровывает и исполняет команды пользователя, поступающие прежде всего через клавиатуру;

драйверы периферийных устройств — программно обеспечивают согласованность работы этих устройств с процессором (каждое периферийное устройство обрабатывает информацию по-разному и в различном темпе);

дополнительные сервисные программы (утилиты) — делают удобным и многосторонним процесс общения пользователя с компьютером.

12) Системное программное обеспечение

13) Прикладное программное обеспечение

Прикладная программа или приложение — программа, предназначенная для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем. В большинстве операционных систем прикладные программы не могут обращаться к ресурсам компьютера напрямую, а взаимодействуют с оборудованием и проч. посредством операционной системы

14) Операционная система Windows 9x. Объекты и элементы управления Windows

Операционная система организует эффективный интерфейс пользователя с ПК и обеспечивает подключение всех компьютерных систем и выполнение всех используемых программ. Операционная система (ОС) это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для того, чтобы обеспечить пользователям и программам (прикладным и системным) удобный способ общения (интерфейс) с устройством клавиатуры.

Процесс считывания ОС называется загрузкой. В функции операционной системы входят:

1)осуществление диалога с пользователем; ввод, вывод и управление данными; планирование и организация процесса обработки программ;

2)распределение ресурсов (оперативной и сверхбыстрой памяти, процессора, внешних устройств); запуск программ на выполнение;

3)всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

4)передача информации между различными внутренними устройствами;

программная поддержка работы периферийных устройств

Наиболее распространенными ОС в среде персональных компьютеров являются MS-DOS; MS WINDOWS 95-98, NT фирмы Microsoft; OS/2 фирмы IBM; UNIX; Linux.

Операционная система MS-DOS (дисковая операционная система) выполняет подключение оперативной памяти, запуск управляющих программ, драйверов устройств ввода и вывода информации и многое другое.

К основным достоинствам этой ОС относятся: развитый командный язык; возможность организации многоуровневых каталогов; возможность подключения пользователем дополнительных драйверов внешних устройств. DOS является модульной программой.

Операционной программой над DOS является оболочка Norton Command. Операционная оболочка – это программа, расширяющая возможности операционной системы и представляющая пользователю дополнительные услуги по обработке информации.

Операционная система Windows разработана и выпущена фирмой Microsoft в 1998 г. Windows обладает рядом дополнительных возможностей по сравнению с DOS. Пространство на котором работает пользователь в Windows называется рабочим столом. Каждая запущенная программа в Windows отображается в собственном окне на рабочем столе, размерами и положением которого можно управлять при помощи мышки и специальных кнопок управления. Стандартное окно Windows состоит из: соки заголовка, кнопок управления окном, которые располагаются в правом верхнем углу, соки меню, статус - соки.

Windows 98 является графической операционной системой для компьютеров платформы IBM PC. Ее основные средства управления — графический манипулятор (мышь или иной аналогичный) и клавиатура. Система предназначена для управления автономным компьютером, но также содержит все необходимое для создания небольшой локальной компьютерной сети (одноранговой сети) и имеет средства для интеграции компьютера во всемирную сеть (Интернет).

Рабочий стол — это графическая среда, на которой отображаются объекты Windows и элементы управления Windows. Все, с чем мы имеем дело, работая с компьютером в данной системе, можно отнести либо к объектам,либо к элементам управления. В исходном состоянии на Рабочем столе можно наблюдать несколько экранных значков и Панель задач (рис. 3.1). Значки — это графическое представление объектов Windows, а Панель задач — один из основных элементов управления

15) Операционная система MS-DOS

16) Команды MS-DOS

Attrib-Вывод и изменение атрибутов файлов.

cd или chdir-Вывод имени либо смена текущего каталога

cd-Смена текущего каталога

dir — просмотр оглавления текущего каталога;

dir *.exe — выводится информация обо всех файлах с расширением EXE из текущего каталога;

cd c:\catalog — установить текущим каталог с именем catalog на диске C;

cd .. — переход на каталог выше;

cd\ — переход в корневой каталог;

md books — в текущем каталоге создать подкаталог books;

md c:\archives — в корневом каталоге на диске С: создается каталог archives;

rd games — удаление каталога games в текущем каталоге.

Format

Форматирование диска. пример:format c: -будет отформатирован диск С

17) Программа – оболочка

Программы-оболочки. Наглядно показывает на экране всю файловую структуру компьютера: диски, каталоги, файлы. Программа-оболочка сама «переводит» полученные команды в язык MS-DOS .

Опр. Оболочка – это программа, которая запускается под управлением операционной системы и помогает работать с этой операционной системой.

При обращении к жесткому диску компьютер разыскивает на нем специальный пакет программ, называемый операционной системой.

Опр. Операционная система обеспечивает взаимодействие различных программ между собой (программный интерфейс), взаимодействие программного обеспечения и аппаратного (программно- аппаратный интерфейс) и взаимодействие человека с компьютером (интерфейс пользователя). Операционные системы бывают графическими и неграфическими. В неграфических системах управление производится вводом специальных команд в командную строку с помощью клавиатуры. Графические операционные системы позволяют использовать для управления компьютером специальные манипуляторы (мышь).

Опр. Программы, написанные под управлением операционной системы, называются приложениями.

Операционная система компьютера: назначение, состав, загрузка. Режимы работы.

ОС управляет компьютером, запускает программы, обеспечивает защиту пользователя и программ. Каждая программа пользуется услугами ОС, а потому может работать только под управлением той ОС, которая обеспечивает для нее эти услуги. Выбор ОС очень важен, от выбора ОС зависит производительность работы ПК, степень защиты данных и т.д.

18) Файловая система

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше) [1] . Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

ЭВМ можно классифицировать по ряду признаков, в частности:

• физическому представлению обрабатываемой информации;

• поколениям (этапам создания и элементной базе).

• сферам применения и методам использования (а также размерам и вычислительной мощности).

Физическое представление обрабатываемой информации

Здесь выделяют аналоговые (непрерывного действия); цифровые (дискретного действия); гибридные (на отдельных этапах обработки используются различные способы физического представления данных).

АВМ — аналоговые вычислительные машины, или вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т. е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаше всего электрического напряжения):

ЦВМ — цифровые вычислительные машины, или вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, цифровой форме. В силу универсальности цифровой формы представления информации ЭВМ является более универсальным средством обработки данных.

ГВМ — гибридные вычислительные машины, или вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме. Они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Поколения ЭВМ

Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения ее структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.

Этапы развития компьютерных информационных технологий

Цель использования компьютера

Технические и экономи

Управление и экономические расчеты

Управление, предоставление информации

Режим работы компьютера

Пользователи с общей компьютерной подготовкой

Мало обученные пользов

Работа за пультом компьютера

Обмен перфоно-сителями и машино-граммами

Интерактивный (через клавиатуру и экран)

Интерактивный с жестким меню

активный экранный типа «вопрос - ответ»

К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х гг. и базирующиеся на электронных лампах. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли значительное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Набор команд был ограничен, схемы арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно просты, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Быстродействие порядка 10—20 тыс. операций в секунду.

Программы для этих машин писались на языке конкретной машины. Математик, составивший программу, садился за пульт управления машины, вводил и отлаживал программы и производил по ним счет. Процесс отладки был весьма длительным по времени.

Несмотря на ограниченность возможностей эти машины позволили выполнить сложнейшие расчеты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др.

Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета. Эти проблемы начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность ее использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить ее к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров.

В октябре 1945 года в США был создан первый компьютер ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator — электронный числовой интегратор и вычислитель).

Отечественные машины первого поколения: МЭСМ (малая электронная счетная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20.

Второе поколение компьютерной техники — машины, сконструированные в 1955—65 гг. Характеризуются использованием в них как электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов (рис. 2). Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках. В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами (НМЛ), магнитные барабаны (НМБ) и первые магнитные диски.

Эти машины характеризуются быстродействием до сотен тысяч операций в секунду, емкостью памяти — до нескольких десятков тысяч слов.

Появляются языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде.

Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами, переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык.

Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных задач, а также мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ, из которых в дальнейшем выросли современные операционные системы.

Операционная система — важнейшая часть программного обеспечения компьютера, предназначенная для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вы вода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных операций обслуживания.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х гг. наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

Наивысшим достижением отечественной вычислительной техники созданной коллективом С.А. Лебедева явилась разработка в 1966 году полупроводниковой ЭВМ БЭСМ-6 с производительностью 1 млн. операций в секунду.

Машины третьего поколения — это семейства машин с единой архитектурой, т. е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.

Машины третьего поколения появились в 60-е гг. Поскольку процесс создания компьютерной техники шел непрерывно, и в нем участвовало множество людей из разных стран, имеющих дело с решением различных проблем, трудно и бесполезно пытаться установить, когда «поколение» начиналось и заканчивалось. Возможно, наиболее важным критерием различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры.

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т. е. параллельного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

Примеры машин третьего поколения — семейства IBM-360, IBM-370, PDP-11, VAX, EC ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.

Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Емкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

Четвертое поколение — это основной контингент современной компьютерной техники, разработанной после 70-х гг.

Наиболее важный в концептуальном отношении критерий, по которому эти компьютеры можно отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что машины четвертого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.

В аппаратурном отношении для них характерно широкое использование интегральных схем в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой емкостью в десятки мегабайт (рис. 3, б).

С точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, использующие общую память и общее поле внешних устройств. Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, емкость оперативной памяти порядка 1—512 Мбайт.

Для них характерны:

• применение персональных компьютеров (ПК);

• телекоммуникационная обработка данных;

• широкое применение систем управления базами данных;

• элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

К ЭВМ четвертого поколения относятся ПЭВМ “Электроника МС 0511” комплекта учебной вычислительной техники КУВТ УКНЦ, а также современные IBM — совместимые компьютеры, на которых мы работаем.

В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ, краткая характеристика которых приведена в таблице 3.

Читайте также: