Покоління еом

Кожний етап розвитку комп'ютерів визначався сукупністю елементів, з яких будувалися комп'ютери, - елементною базою. Із зміною елементної бази ЕОМ значно змінювалися характеристики, зовнішній вигляд і можливості комп'ютерів.

У ЕОМ першого покоління всі елементи електронних схем виготовлялися у вигляді окремих деталей. Найважливішими серед них були вакуумні електронні лампи, які зараз ще можна побачити в старих телевізорах і радіоприймачах. Крім ламп, ЕОМ включали інші елементи (резистори, конденсатори, електромагнітні реле і т. п.).

Машини першого покоління займали величезні зали, важили сотні тонн, і витрачали сотні кіловат електроенергії.

Поява ЕОМ другого покоління стала можливою завдяки винаходу транзисторів. Різке зменшення розмірів транзисторів в порівнянні з радіолампами дозволило робити блоки ЕОМ у вигляді так званої друкарської плати. Використовування транзисторів і друкарської плати дозволило частково автоматизувати виробництво ЕОМ і значно зменшити їх розміри та споживання енергії.

Основу ЕОМ третього покоління складають так звані інтегральні схеми.

Така схема, що має вид багатошарової плівки речовин, нанесених на кристали кремнію, одержала назву інтегральної схеми. Вже на перших інтегральних схемах на одному кристалі розміщувалося до сотні елементів.

Винахід інтегральних схем відкрив перспективи подальшого розвитку елементної бази ЕОМ. Відразу різко підвищився рівень надійності електронних схем при такому ж різкому падінні їх вартості завдяки зменшенню розмірів і, головне, автоматизації їх проектування і виробництва.

Подальший прогрес полягав перш за все у розвитку технології розміщення ще більшого числа вентилів в одній мікросхемі. Це число називається ступенем інтеграції. Для перших інтегральних схем воно було невелике (одиниці і десятки вентилів). Поступово ступінь інтеграції збільшувався і зараз досягає мільйонів вентилів.

Віхою на шляху вдосконалення інтегральних схем став момент, коли вдалося зробити в одній мікросхемі цілий процесор ЕОМ. Поява в 1971 р. таких процесорів фірми Intel, що отримали назву мікропроцесорів, і ознаменувало перехід до четвертого покоління ЕОМ.

В таких машинах на одній платі стало можливим розмістити електронні схеми всіх пристроїв ЕОМ, а саму ЕОМ, яка ще двадцять років тому займала великий зал, зробити по габаритах і за вартістю доступною для індивідуального вживання на робочому місці користувача. Так в 1976 році в США з'явилися перші персональні ЕОМ,

Інформатика як наука. Інформація. Арифметичні, логічні та фізичні основи еом

Інформатика – це галузь науки, що вивчає структуру і загальні властивості інформації, а також питання, пов'язані з її збиранням, зберіганням, пошуком, переробкою, перетворенням, поширенням та використанням у різних сферах діяльності з допомогою електронно-обчислювальних машин.

Термін інформація походить від латинського informatio, що означає пояснення, виклад, тлумачення. Поняття інформація багатозначне, належить до первісних понять інформатики. Подібно до поняття матерії, весь світ або є інформацією, або несе в собі інформацію, незалежно від наших знань про це. Тому строгого означення (дефініції) інформації не дають, але тлумачать це поняття та характеризують, перераховуючи властивості інформації.

Під інформацією розуміють обмін сигналами між об’єктами живої та неживої природи, між людиною та автоматом, автоматом та автоматом, генетичну інформацію.

Властивості інформації:

1. Об’єктивність. Інформація – відображення зовнішнього світу, а він існує незалежно від нашої свідомості, знань, думок та суджень про нього;

2. Достовірність. Інформація є достовірною, якщо вона відображає істинний стан справ. На основі достовірної інформації можуть прийматися правильні рішення;

3. Повнота. Інформацію можна назвати повною, якщо її достатньо для розуміння ситуації та прийняття рішення;

4. Актуальність інформації – важливість, істотність для даного часу;

5. Корисність. Ступінь корисності інформації залежить від потреб конкретних людей і від тих задач, які за допомогою отриманої інформації можна розв’язати.

Характерні риси інформації:

1. Інформація – це нематеріальна субстанція, але передається вона за допомогою матеріальних носіїв – знаків і сигналів – або за допомогою фізичних процесів, які змінюються з перебігом часу;

2. Інформація залежить не тільки від самих знаків та сигналів, але від їх взаємного розташування;

3. Якщо з однієї точки простору інформація передається в іншу, то в початковій точці вона не зникає;

4. Інформація є зрозумілою лише для того, хто здатний її розпізнати.

Інформація, що зберігається, передається та опрацьовується в різних системах, є об’єктом вивчення інформатики.

Для передавання, зберігання і опрацювання інформації використовують код — систему умовних знаків (символів, літер).

Двійкові коди — спосіб подання інформації за допомогою двох символів — 0 і 1 (наприклад, число 34 у двійковій системі числення буде мати вигляд 100 010). Такий спосіб кодування обумовлено тим, що в пристроях комп'ютера використовуються елементи, які мають два відмінні стани (які називають 0 і 1). Це технічно легко реалізує зберігання і опрацювання інформації.

Біт (від англ. bit (абревіатура [b]inary dig[it]) — двійкова одиниця) — це найменша одиниця вимірювання ємності пам'яті комп'ютера. Біт — це одна двійкова комірка пам'яті, в яку можна записати 0 або 1.

Байт — це вісім підряд записаних бітів. Загальна кількість різноманітних комбінацій двійкових значень у байтові дорівнює 256, що дозволяє більш широко кодувати інформацію (зокрема, встановити відповідність між байтами та загальновживаними символьними і цифровими знаками).

Використовуються також похідні одиниці виміру інформації: кілобайт (Кб), мегабайт (Мб), гігабайт (Гб) тощо.

1 Кб =2¹⁰ байт= 1024 байт;

1 Мб = 2²⁰ байт= 1024 Кб;

1 Гб = 2³⁰ байт= 1024 Мб.

При обробці інформації широко використовують логічні (бульові) операції.

Логічний вираз – це засіб запису умов для пошуку інформації, її аналізу і відбору даних.

Таблиці істинності логічних висловлювань:

у = а І b y = a AБО b y = HE a

0 І 0 = 0 0 АБО 0 = 0 НЕ 0 = 1

0 І 1 = 0 0 АБО 1 = 1 НЕ 1 = 0

1 І 0 = 0 1 АБО 0 = 1

1 І 1 = 1 1 АБО 1 = 1

Основні закони алгебри логіки:

а І 1 = а а І 0 = 0 а І а = а

а АБО 1 = 1 а АБО 0 = а а АБО а = а

а АБО а І b =а

а І ( а АБО b) = а

а І b = НЕ (НЕ а АБО НЕ b )

а АБО b = НЕ (НЕ а І НЕ b)

НЕ НЕ а = а

а І (b АБО с) = а І b АБО а І с

Умовні позначення логічних елементів на принципових схемах:

I : Вихід = Вхід 1 I Вхід 2

АБО : Вихід = Вхід 1 АБО Вхід 2

НЕ : Вихід = НЕ Вхід

I - НЕ : Вихід = НЕ (Вхід 1 I Вхід 2)

АБО - НЕ : Вихід = НЕ (Вхід 1 АБО Вхід 2)

Логічні елементи можуть мати по кілька входів. При цьому їх дії підпорядковуються законам алгебри логіки:

a I b I c I d = (a I b ) I (c I d);

а АБО b АБО c АБО d = (а АБО b) АБО (c АБО d).

Інформація зберігається й обробляється в ЕОМ у двійковому вигляді — у вигляді послідовностей нулів і одиниць. У сучасних ЕОМ широко поширене представлення 1 високою напругою (наприклад, +5 Вольт), а 0 — низькою (близько 0 Вольт).

Основним елементом сучасних ЕОМ є транзистор. В обчислювальній техніці транзистори використовуються в так званому ключовому режимі. У цьому режимі транзистор можна представити як звичайний вимикач, що в одному положенні проводить струм (замкнутий), а в іншому – ні (розімкнутий).

Мал. 1. Мал. 2.

Розглянемо для прикладу МОН-транзистор (МОН – Метал-Оксид-Напівпровідник). Кожен такий транзистор має чотири контакти: стік, джерело, затвор і підкладку. N-канальний транзистор (мал. 2) проводить струм між джерелом і стоком (замкнутий), тільки якщо на затвор подана позитивна (щодо підкладки) напруга. P-канальний транзистор, навпаки, проводить струм тільки якщо напруга на затворі (мал. 1) менше напруги на підкладці.

Як будівельні цеглинки в ЕОМ звичайно використовуються не самі транзистори, а більш великі елементи, що називаються вентилями. Існують різні способи (технології) об'єднання транзисторів у вентилі.

Мал. 3. Мал. 4. Мал. 5.

Розглянемо для прикладу вентиль НЕ (мал. 3). Якщо на його вхід подати напругу +5 В (1), то нижній транзистор замкнеться, а верхній буде розімкнутий (мал. 4) — на виході вентиля буде напруга 0 В (0).

Якщо ж на вхід вентиля подати 0 В, то замкнеться верхній транзистор, оскільки напруга на його затворі (0 В) буде менше напруги на підкладці (+5 В). На нижньому ж транзисторі напруга на затворі (0 В) і підкладці (0 В) будуть збігатися і транзистор буде розімкнутий (мал. 5). У результаті на виході вентиля буде +5 В (1).

Таким чином, розглянутий вентиль є найпростішим електронним пристроєм обробки інформації — він інвертує біт з 1 на вході у 0 на виході та навпаки.

Розглянемо, як запам'ятовується інформація, зокрема, елементарна порція інформації – один біт. Електронна схема, що запам'ятовує один біт інформації, називається тригером (мал. 6).

Мал. 6.

Якщо на входи цього тригера подати S = 1, R = 0, то на виходах Q та Р з'являться відповідно 1 та 0. Якщо тепер перестати подавати сигнали на тригер (S = 0, R = 0), то виходи Р та Q не змінять свого значення. Таким чином, встановлені значення виходів Р та Q не зміняться при переході до S = 0, R = 0.

Точно так само при подачі S = 0, R = l на виходах з'являться Q = 0, P = l і ці значення виходів збережуться при знятті 1 із входу R (R = 0, S = 0).

Таким чином, при S = 0, R = 0 тригер може знаходитися в двох різних станах: Q = l і Q = 0. Вихід Q і є значенням біта, що запам’ятався.

Оскільки один тригер запам'ятовує один біт, то для запам'ятовування байта (8 біт) потрібно 8 тригерів. Сучасні мікросхеми пам'яті обсягом менш 1 см² здатні запам'ятовувати мільйони біт інформації.