Техническая база информационных технологий

Эволюция вычислительной техники
«Нулевое поколение» - механическая (докомпьютерная) эпоха (1492-1945)
1492 год – в одном из дневников Леонардо да Винчи был приведен рисунок тринадцатиразрядного суммирующего устройства.
Первое поколение – ВМ на электронных вакуумных лампах (1937-1953)
ENIAC (1945г.) – 30 тонн, 18 000 радиоламп, размеры 2,5 х 30 м,
5000 сложений и 360 умножений в секунду.

Эволюция вычислительной техники
Второе поколение – ВМ на дискретных полупроводниковых приборах (1954-1962)
Третье поколение – ВМ на интегральных схемах с малой степенью интеграции (1963-1972)
IBM 360 - эталон для больших ЭВМ (mainframes) шестидесятых -
предварительная выборка команд,
отдельные блоки для операций с фиксированной и плавающей запятой, конвейеризация команд,
кэш-память.

Эволюция вычислительной техники
Четвертое поколение – ВМ на интегральных схемах с большой и сверхбольшой степенью интеграции – от 1000 до 100 000 транзисторов на одном кристалле (1972-1984)
Пятое поколение – ВМ с сотнями параллельно работающих процессоров (1984-1990)
Шестое поколение – рабочие станции, по производительности соответствующие суперЭВМ 4-го поколения и ВС с массовым параллелизмом.

Архитектура фон Неймана
Вычислительная машина, где определенным образом закодированные команды программы хранятся в памяти, известна под названием вычислительной машины с хранимой в памяти программой. Идея принадлежит создателям вычислителя ENIAC Эккерту, Мочли и фон Нейману.
Относительно авторства существует несколько версий, но поскольку в законченном виде идея впервые была изложена в 1945 году в статье фон Неймана, именно его фамилия фигурирует в обозначении архитектуры подобных машин, составляющих подавляющую часть современного парка ВМ и ВС.

Принципы фон Неймана
двоичного кодирования
Согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат.
программного управления
Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов – команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной.
однородности памяти
Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования.
адресности
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка.

Структура фон-неймановской вычислительной машины
В статье фон Неймана определены основные устройства ВМ, такие как: память, устройство управления, арифметико-логическое устройство и устройство ввода/вывода

Ввод-вывод
Ввод и вывод информации в ВМ реализуется посредством подсоединенных к ней периферийных устройств.
Их связь и взаимодействие с ВМ обеспечивают порты ввода и вывода.
Термином порт обозначают аппаратуру сопряжения периферийного устройства с ВМ и управления им.
Совокупность портов ввода и вывода обычно называют устройством ввода/вывода.

Устройство управления
Устройство управления (УУ) – важнейшая часть ВМ. Его основной функцией является формирование управляющих сигналов, отвечающих за извлечение команд из памяти в порядке, определяемом программой, и последующее исполнение этих команд.

Арифметико-логическое устройство
АЛУ обеспечивает арифметическую и логическую обработку двух входных переменных, в результате которой формируется выходная переменная.
Функции АЛУ обычно сводятся к простым арифметическим и логическим операциям.
УУ и АЛУ тесно взаимосвязаны и их обычно рассматривают как единое устройство, известное как центральный процессор (ЦП) или просто процессор. Помимо УУ и АЛУ в процессор входит также набор регистров общего назначения, служащих для промежуточного хранения информации в процессе ее обработки.

Две архитектуры
Архитектура фон Неймана предполагает единую память для хранения команд и данных (принстонская архитектура)
Архитектура, в которой ВМ имеет отдельную память команд и отдельную память данных называют гарвардской архитектурой.

Первый персональный компьютер
Альтаир 8800 (Micro Instrumentation and Telemetry Systems, MITS), 1975 год
Apple II (Apple Computers), 1978 год
ZX-Spectrum (Sinclair Research Ltd), 1981 год
IBM 5150 (IBM), 1981 год

Комплект для сборки - $397
1. Altair 8800 (1975 год)
Собранный вариант - $498
«… Заказ на первые 200 комплектов был получен по телефону уже в течение дня – настолько людям хотелось иметь собственную вычислительную машину.»

Microsoft
Компания начинает свою историю с 1975 года, когда друзья-студенты Гарварда Билл Гейтс и Пол Аллен, прочитав в журнале «Popular Electronics» статью о новом персональном компьютере Altair 8800, разработали для него интерпретатор языка Basic.
Через месяц, 1 февраля, было подписано лицензионное соглашение с компанией MITS, об использовании Basic в составе ПО для Altair.

2. Apple II
«…Бросившие учебу студенты колледжа Стив Джобс и Стив Возняк продали автобус «Фольксваген» и калькулятор, а на вырученные деньги основали маленькую компанию под названием Apple Computer, которая недолгое время вполне официально существовала в семейном гараже. Apple приступила к своей деятельности 1 апреля 1976 г.
Те, кто платил 666 долл. 66 центов за Apple I, не получали ни корпуса, ни дисплея, ни клавиатуры — только системную плату.
Через два года из гаража выйдет другая машина — легендарная Apple II.

4. IBM 5150
IBM Corporation (International Business Machines) представила свою первую модель персонального компьютера 12 августа 1981 года.
Первый персональный компьютер стоил 1565 долларов, был оснащен процессором Intel 8088 с тактовой частотой 4,77 мегагерца и предустановленной оперативной памятью размером 16 или 64 килобайт.
В первом ПК не было винчестера, а дисковод необходимо было приобретать за отдельную плату.

Общая структура ПК

Системная шина
кодовая шина данных для параллельной передачи всех разрядов числового кода операндов
кодовая шина адреса для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода/вывода внешнего устройства
кодовая шина инструкций для передачи инструкций во все блоки ПК
шина питания для подключения блоков ПК к системе энергопитания

Системный блок

Системная плата
Конструктив платы (форм-фактор) определяет:
геометрические размеры материнских плат;
общие требования по положению разъёмов и отверстий на корпусе;
положение блока питания в корпусе;
геометрические размеры блока питания;
электрические характеристики блока питания;
форму и положение ряда разъемов (преимущественно питания).

Конструктивы системных плат
ATX — форм-фактор персональных настольных компьютеров. Разработан и предложен производителям компьютерных систем в 1995 году компанией Intel.
Mini-ITX — форм-фактор для материнских плат, разработанный компанией VIA Technologies.
При сохранении электрической и механической совместимости с форм-фактором ATX, материнские платы mini-ITX существенно меньше по размеру (170 на 170 мм).

Чипсет – это набор микросхем материнской платы для обеспечения работы процессора с памятью и внешними устройствами.
Современные компьютеры содержат две основные большие микросхемы чипсета:
Контроллер-концентратор памяти (MCH) или Северный мост (North Bridge), который обеспечивает работу процессора с памятью и с видеоподсистемой;
Контроллер-концентратор ввода-вывода (ICH) или Южный мост (South Bridge), обеспечивающий работу с внешними устройствами.
Архитектура современного персонального компьютера - это схема его чипсета.

Журнал CHIP #4/2009

Архитектура системной платы