Тема 2. Техническое обеспечение компьютерных информационных технологий Вопросы
Электронные вычислительные машины
Типы архитектур вычислительных систем
Процессоры
Персональные компьютеры
Структурная схема персонального компьютера
Устройства ввода-вывода
Производительность персонального компьютера
Тенденции развития технических средств кит
Электронные вычислительные машины Классификация средств вычислительной техники
Информация о событиях, процессах, состоянии объектов содержится в сигналах, приходящих от этих объектов. Сигналы, несущие информацию, могут быть непрерывными (аналоговыми) или дискретными (цифровыми).
В зависимости от формы обрабатываемых в вычислительных машинах сигналов различают (рис. 2.1): аналоговые вычислительные машины (АВМ); цифровые вычислительные машины (ЦВМ); гибридные вычислительные машины (ГВМ).
ВМ
ЦВМ
ГВМ
АВМ
Рис. 2.1. Классификация по форме обработки сигналов
В аналоговых вычислительных машинах величины, над которыми производятся действия, представляются (моделируются) некоторыми физическими величинами, например, током или напряжением в цепи. Их достоинство – высокая скорость работы.
Недостатки:
малая точность вычислений, т. к. трудно установить и измерить напряжение или силу тока с высокой точностью;
специализированный характер – схема и устройство машины обеспечивают решение задач определенного типа.
Если данные представляются кодом, состоящим из последовательности дискретных элементов, то вычислительные машины называются цифровыми вычислительными машинами. Их достоинства:
точность вычислений не ограничена, так как конструкция машины может быть рассчитана на обработку чисел любой разрядности;
универсальность: одна и та же машина может решать любые задачи.
Когда при обработке используются как аналоговое, так дискретное представление данных, говорят о гибридной вычислительной машине (ГВМ).
Принципы организации и функционирования эвм Джона фон Неймана
Впервые принципы структурной организации ЭВМ безотносительно к его элементной базе были сформулированы выдающимся немецким математиком Джоном фон Нейманом в 1945 году.
Согласно его трактовке ЭВМ состоит из следующих компонентов:
центральный вычислительный блок, отвечающий за выполнение арифметических, логических и других операций;
память, или запоминающее устройство компьютера – служит для хранения программ и данных;
внешнее запоминающее устройство (массовое хранилище данных);
устройство ввода информации;
устройство вывода информации.
Современный компьютер строится по модели, предложенной фон Нейманом.
Джон фон Нейман сформулировал необходимость:
использования двоичной системы счисления;
иерархической организации памяти;
создания арифметических устройств на основе схем, реализующих операции сложения и указание на то, что создание устройств для выполнения других операций не целесообразно;
параллельной организации вычислений, когда операции над числами осуществляются одновременно по всем разрядам.
Одной из главных концепций Джона фон Неймана была концепция хранимой программы: программа хранится в памяти машины так же, как и числа. Это позволяет оперировать с программой, как с числами, что дает возможность изменять программу по ходу ее выполнения.
По идеям Джона фон Неймана разрабатывались ЭВМ:
в 1947 г. – ЭДВАК и ЭДСАК (Англия);
в 1951 г. – СЕАК и УНИАК (США).
В функциональном отношении любая ЭВМ состоит из элементов, узлов и устройств.
Элемент – функциональная единица ЭВМ, выполняющая элементарную операцию над одной или несколькими цифрами и представляющая законченную электрическую схему. Например: логические элементы, выполняющие функции алгебры логики: И, ИЛИ, НЕ и др.
Узел – функциональная единица ЭВМ, состоящая из элементов и выполняющая операции над одним или несколькими числами или словами. Например: сумматоры, счетчики, дешифраторы и др.
Устройство – функциональная единица ЭВМ, состоящая из элементов и узлов и выполняющая арифметические и логические операции, операции ввода-вывода данных и управления вычислительным процессом. Например: арифметические и запоминающие устройства, устройства управления, внешние устройства и др.