neosee.ru

24.10.17
[1]
переходы:73

скачать файл
Технические средства обработки информации

Технические средства обработки информации


История развития вычислительной техники

Появление компьютера стало возможным благодаря трем основ­ным техническим достижениям:

  • изобретению электронного переключателя — простейшей схемы, замыкающей и размыкающей электрическую цепь;

  • разработке цифрового кодирования информации;

  • созданию устройств искусственной памяти, позволяющих хранить программы и данные, а также автоматически эти программы выполнять.


  1. Первый счетный инструмент появился в V—IV вв. до н. э. и носил название абак. Предположительно считается, что его роди­ной могли быть Греция или Египет (в перево­де с греческого «абак» означает «узнать»). Он представлял собой доску, расчерченную на колонки, в которых можно было размещать какие-либо предметы, например камешки, по позиционному принципу. На абаке вся Европа считала приблизительно до XII в. Следует отметить, что модифицированный вариант абака — «рус­ские» счеты появились приблизительно в III в. н. э. и с успехом ис­пользовались вплоть до сегодняшнего дня.

  2. Первое механическое вычислительное устройство, названное суммирующей машиной, было сконструировано в 1642 г. французским философом, математиком и физиком Блезом Паскалем15. В его основе лежала система сцепленных между собой специальных зуб­чатых колес с нанесенными на них цифровыми: делениями («паскалевы колеса»), которые в дальнейшем, вплоть до наших дней, стали в усовершенствованном виде использоваться во всех механических счетных устройства. Машина производила только сложение и вы­читание. До настоящего времени сохранилось 7экземпляров этой машины (всего их было построено Паскалем более 50 штук различ­ной модификации). Одна из них хранится в Музее искусств и реме­сел в Париже

  3. В 1673 г. немецкий ученый и мате­матик Готфрид Вильгельм Лейбниц внес ряд конструкторских доработок в машину Паскаля (придумал карет­ку и ручку), которые позволили резко увеличить скорость выполнения опе­раций. Устройство получило название калькулятор Лейбница и позволяло уже умножать и делить. Умножение было реализовано как многократное сложение, а деление — как многократное вычитание. Эти машины, с некоторыми усовершенствованиями, стали называть арифмомет­рами. Они использовались еще в 1980-х: гг.

  4. В 1804 г. французский инженер Жозеф Мариг Жаккар полностью автоматизировал ткацкий станок, работа которого программиро­валась сначала с помощью перфоленты а позже — с помощью набора перфокарт (жаккардовое полотно с вышивкой). Социальным последствием этого новшества явилось восстание ткачей, так как автомат лишил их работы.

  5. В 1822 г. английский ученый и изо­бретатель Чарльз Бэббидж разработал и построил модель механической вы­числительной машины для расчетов математических таблиц. Она получила название разностная машина, которой заинтересовались научные и правитель­ственные круги Англии.

  6. В 1847—1854 гг. английский математик Джордж Буль разрабо­тал принципиально новый математический аппарат, базирующий­ся на двоичной системе счисления, который получил название буле­ва алгебра. Логические действия, используемые в ней, оперируют лишь с двумя основными понятиями — «истина» и «ложь», которые соответственно могут быть за­кодированы единицей и нулем. Булева алгебра заложила основы двоичного кодирования инфор­мации.

  7. Попытки построить машину Ч. Беббиджа предпринимались неоднократно. Только в конце XIX в. с появлением электричества американский изобретатель Герман Холлерит смог полностью воплотить в жизнь его идеи. В 1890 г. он создает вычислительное устройство для решения сложных статистических задач. Машина получила название статистический табулятор. Информация кодировалась на специальных перфокартах, которые размещались в определенном порядке. Специальный электричес­кий датчик распознавал отверстия в перфокартах и посылал сигна­лы в счетное устройство.

Данная машина была настолько удачной, что она использовалась для обработки данных переписи населения США. В 1897 г. Россия купила эту машину (рис. 10) для обработки результатов своей пер­вой переписи населения. В 1924 г. (за 5 лет до смерти) Г. Холлерит смог создать свою фир­му, которая позже получила название International Business Machines Corporation (IBM).

В 1936—1938 гг. Клод Шеннон, американский математик и элек­тротехник, связал двоичное кодирование информации и булеву алгебру с работой электрических схем, чем положил начало науке, получившей название теория информации. Им же были введены следующие понятия:

  • бит (Binary digit) — двоичный раз­ряд, представляющий собой наименьшую единицу информации в двоичном коде (применяется в современных ЭВМ);

  • байт = 8 бит — единица информации, обрабатываемая компьютером как единое целое;

  • полубайт — 4 бита;

  • машинное слово — представляет собой цепочку двоичных разрядов длиной в несколько байт.

  1. Перед Второй мировой войной и во время войны появилось множество новых разработок вычислительной техники, которые использовали весь накопленный теоретический и практический опыт. Наиболее внушительным достижением этого периода была вы­числительная машина «Марк-1», построенная в 1943—1944 гг. аме­риканцем Говардом Эйкеном при содействии и финансировании военно-морского флота США и технической поддержке фирмы IBM.

  2. В 1946 г. двое ученых Пенсильванского университета (США) Джон Мочли и Проспер Экерт сконструировали первую в мире электронную вычислительную ма­шину «ЭНИАК» — электронный ин­тегратор и калькулятор (ENIAC) на электронных лампах с современным цифровым принципом кодирования информации. Ее быст­родействие составляло всего 5 тысяч операций в секунду, что, однако, было примерно в 1000 раз выше, чем у ма­шины МАРК-1.

  3. Проект первых ЭВМ заинтересовал из­вестного американского математика Джо­на фон Неймана, и он занялся разработкой такой их логической схемы, которая была бы способна гибко использовать запомина­емую программу, а также позволила бы эту программу изменять, не перестраивая всей схемы машины. Он первый выделил в устройстве ЭВМ че­тыре основных блока: арифметико-логичес­кое устройство, устройство управления, уст­ройство памяти и устройство ввода-вывода. Структура компьютера, включающая все перечисленные блоки, позже получила название классической архитектуры фон Неймана. Помимо архитектуры фон Нейман разработал и общие принципы работы компьютера.

  4. В 1949 г. в Кембриджском университете (Англия) под руковод­ством профессора Морриса Уилкса была построена первая в мире ЭВМ с хранимой в памяти программой. Она носила название «ЭД-САК» (EDSAC) и полностью воплотила в себе идеи фон Неймана.

  5. Первая отечественная вычислительная машина МЭСМ (Малая электронная счетная машина) была разработана в 1950 г. под руко­водством академика С.А. Лебедева (рис. 13). МЭСМ имела более уни­версальное назначение, чем первые зарубежные ЭВМ, обладала быст­родействием 50 операций в секунду, могла хранить в оперативной па­мяти 31 число и 63 команды. Внешней памятью являлся магнитный барабан с емкостью в 5000 машинных слов.

Общие принципы организации работы ЭВМ


В настоящее время понятия «ЭВМ» и «компьютер» являются си­нонимами, причем последний более распространен (от англ. compu­ter— вычислитель). Действительно, первые ЭВМ предназначались для выполнения сложных расчетов, но в дальнейшем оказалось, что они могут обрабатывать информацию любого рода, если она может быть представлена в двоичном коде.

Под ЭВМ (компьютером) будем понимать программируемое электронное устройство, предназначенное для сбора, хране­ния, обработки, передачи и выдачи информации

ЭВМ включает в себя две части: аппаратную (hardware) и комп­лекс программ (software).


Архитектура ЭВМ. Принципы фон Неймана

Несмотря на большое разнообразие существующих в настоящее время ЭВМ, в основу их построения и работы заложены общие фун­даментальные принципы, которые впервые были сформулированы выдающимся американским математиком Джоном фон Нейманом.

  1. Принцип общего устройства ЭВМ

Для того чтобы быть универсальным и эффективным средством для обработки информации, любая ЭВМ должна состоять из следую­щих основных устройств:

  • арифметико-логического устройства (АЛУ), предназначенного для выполнения арифметических и логических операций;

  • устройства управления (УУ), которое организует процесс автоматического выполнения программ;

  • оперативной (основной) памяти (ОП), предназначенной для хранения программ и данных;

  • устройства ввода-вывода информации (УВВ).

Впоследствии такая организация ЭВМ получила название класси­ческой архитектуры фон Неймана. Архитектура фон Нейма­на является ядром при построении всех современных компьютеров.

  1. Принцип произвольного доступа к основной памяти

Память ЭВМ должна состоять из некоторого количества прону­мерованных ячеек, в которых может храниться информация любого рода, закодированная в двоичном коде. Доступ к ней осуществляет­ся по номеру ячейки (адресу).

  1. Принцип хранимой программы

Поскольку каждая команда программы кодируется в двоич­ном коде в виде последовательности нулей и единиц, она может быть помещена в память компьютера, как и любые другие данные. Таким образом, сама программа (набор команд) хранится в памяти вместе с обрабатываемыми данными.

  1. Принцип программного управления

Отличие ЭВМ от арифмометра (калькулятора) состоит в том, что она умеет выполнять без участия человека не одну команду, а целую последовательность команд (программу). Устройство управления исполняет последовательность команд, находящихся в памяти ма­шины, автоматически, без участия человека.




3


скачать файл | источник
просмотреть