Электронно-вычислительных машин

Информационно-логические основы построения

Трудно назвать другую сферу человеческой деятельности, которая развивалась бы столь стремительно и порождала такое разнообразие подходов к изучению материала, как информатизация и компьютеризация общества. История развития информационной технологии поучительна и быстрым изменением наших концептуальных представлений о роли тех или иных методов, технических средств, людей, занятых в этой сфере. В современных реалиях наиболее актуальным для большинства людей стало умение пользоваться промышленными информационными технологиями, без которых не может успешно функционировать никакая информационная система, в том числе и военного назначения.

Более чем полвека развития вычислительных средств, прогресс в аппаратной реализации ЭВМ и их технических характеристик превзошёл все прогнозы, и пока не заметно снижение его темпов. Несмотря на то, что современные ЭВМ внешне не имеют ничего общего с первыми моделями, основополагающие идеи, заложенные в них и связанные с понятием алгоритма, разработанным Аланом Тьюрингом, а также архитектурной реализацией, предложенной Джоном фон Нейманом, пока не претерпели коренных изменений (за исключением систем параллельной обработки информации). Рассмотрению основ информационно-логического построения ЭВМ является целью настоящей лекции.

В данной теме рассматривается архитектура персонального компьютера - главного элемента современной информационной системы, основного компонента аппаратного обеспечения информационной технологии.

I. Структурная схема канонической ЭВМ

Изыскание средств и методов механизации и автоматизации работ — одна из основ­ных задач технических дисциплин. Автоматизация работ с данными имеет свои особенности и отличия от автоматизации других типов работ. Для этого класса задач используют особые виды устройств, большинство из которых являются электрон­ными приборами. Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, пред­назначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем явля­ется компьютер.

Компьютер — это электронной прибор, предназначенный для автоматизации созда­ния, хранения, обработки и транспортировки данных.

В определении компьютера, как прибора, мы указали определяющий признак — электронный. Однако автоматические вычисления не всегда производились электрон­ными устройствами. Известны и механические устройства, способные выполнять расчеты автоматически.

Анализируя раннюю историю вычислительной техники, некоторые зарубежные исследователи нередко в качестве древнего предшественника компьютера называют механическое счетное устройство абак. Подход «от абака» свидетельствует о глубо­ком методическом заблуждении, поскольку абак не обладает свойством автомати­ческого выполнения вычислений, а для компьютера оно определяющее.

И Абак (рис 4.1) — наиболее раннее счетное механическое устройство, первоначально представляв­шее собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни, представ­ляющие числа. Появление абака относят к четвертому тысячелетию до нашей эры. Местом появле­ния считается Азия. В средние века в Европе абак сменился разграфленными таблицами. Вычисления с их помощью называли счетом на линиях, а в России в XVI-XVII веках, появилось намного более передовое изобретение, применяющееся и поныне — русские счеты.

Рис.4.1. Абак

В то же время нам хорошо знаком другой прибор, способный автоматически выпол­нять вычисления, — это часы. Независимо от принципа действия, все виды часов (песочные, водяные, механические, электрические, электронные и др.) обладают способностью генерировать через равные промежутки времени перемещения или сигналы и регистрировать возникающие при этом изменения, то есть выполнять автоматическое суммирование сигналов или перемещений. Этот принцип просле­живается даже в солнечных часах, содержащих только устройство регистрации (роль генератора выполняет система Земля — Солнце).

Механические часы — прибор, состоящий из устройства, автоматически выполняющего перемещения через равные заданные интервалы времени и устройства регистрации этих перемещений. Место появления первых механических часов неизвестно. Наиболее ранние образцы относятся к XIV веку и принадлежат монастырям (башенные часы). В основе любого современного компьютера, как и в электронных часах, лежит такто­вый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компью­терной системы. Управление компьютером фактически сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Такое управление может произво­диться автоматически (в этом случае говорят о программном управлении) или вруч­ную с помощью внешних органов управления — кнопок, переключателей, перемычек и т. п. (в ранних моделях). В современных компьютерах внешнее управление в значительной степени автоматизировано с помощью специальных аппаратно-логических интерфейсов, к которым подключаются устройства управления и ввода данных (клавиатура, мышь, джойстик и другие). В отличие от программного управления такое управление называют интерактивным.

Для уяснения назначения и взаимодействия основных устройств ЭВМ рассмотрим вначале процесс «ручного» решения задач человеком с помощью микрокалькулятора или любого другого устройства счёта. Оказывается, что процесс решения задачи в ЭВМ во многом подобен тому, как человек вручную решает задачи.

Предположим, что человеку требуется определить значение двучлена ab+c² при различных значениях a,b и c. Для этого он выписывает на листе бумаги исходные данные и программу решения задачи (рис.4.2).

	A = 0,253	Исходные данные
B = 0,74
C=0,632
Команды	A*B=0,18722	Программа
C*C=0,399
(A*B)+(C*C)= 0,586
7	Результат

Адреса

Рис.4.2. Схема «ручного» решения задач

Далее человек действует в соответствии с намеченной программой, машинально выполняя её пункт за пунктом.

Каждый пункт программы (строка) является командой, т.е. точной инструкцией того, что делать: какую операцию выполнять, над какими числами и куда записать результат.

При выполнении каждой команды (строки) действия человека распадаются на ряд этапов (шагов):

1-й шаг – чтение очередной команды для выполнения вида операции и чисел, участвующих в ней.

2-й шаг – чтение первого числа (а), участвующего в операции и ввод его в устройство счёта.

3-й шаг – чтение второго числа (b) и ввод его в устройство счёта.

4-й шаг – выполнение заданной операции на устройстве счёта (т.е. нажатие соответствующей клавиши управления - *, + и т.д.).

5-й шаг – запись результата операции в соответствующую строку на листе бумаги.

При «ручном» решении задачи имеются следующие элементы: человек, лист бумаги и устройство счёта. Человек управляет вычислительным процессом, устройство счёта требуется для непосредственного выполнения арифметических действий, лист бумаги служит для хранения всей информации.

В ЭВМ функциональный состав устройств и порядок перемещения информации аналогичны рассмотренному. Структурная схема канонической ЭВМ приведена на рисунке 4.3.

Сигналы управления

адреса

команды

Сигналы управления

Дата добавления: 2014-12-29