Технические средства реализации информационных процессов. Устройство ЭВМ. Лекция 2

Формы представления информации
Вычислительные устройства, использующие непрерывную форму представления информации, называются аналоговыми вычисли­тельными машинами (АВМ).
Вычислительные устройства, использующие дискретную форму представления, называются цифровыми вычислительными машинами (ЦВМ).

Принципы построения АВМ
АВМ имели блочную структуру, т.е. представляли собой систему связанных между собой базовых элементов. Связи между базовыми элементами, их состав и количество изменялись для каждой задачи, решаемой на АВМ.
В качестве базового элемента использовался операционный усилитель.

Основные достоинства ЦВМ
гарантированная точность результата, зависящая только от границ представления данных;
универсальность – способность обрабатывать данные любыми методами, представляемыми последовательностью простых арифметических и логических операций;
возможность реализации большого числа известных численных математических методов решения задач.

Базовая система логических функций

Схема триггера в состоянии хранении бита информации

Запись в триггер единицы

Машина фон Неймана

Первые цифровые устройства (счетные машины)
Первая счетная машина с хранимой программой была построена французским ученым Блезом Паскалем в 1642 г. Она была механической с ручным приводом и могла выполнять операции сложения и вычитания.
Немецкий математик Готфрид Лейбниц в 1672 г. построил механическую машину, которая могла делать также операции умножения и деления.
Впервые машину, работающую по программе, разра­ботал в 1834 г. английский ученый Чарльз Бэббидж. Она содержала запоминающее устройство, вычислительное устройство, устройство ввода с перфокарт и печатающее устройство.
Первым программистом была английский математик Ада Лавлейс, в честь которой уже в наше время был назван язык программирования Ada

Первое поколение ЦВМ
Первое поколение – электронные лампы (1945-1955 гг.) В основе базовой системы элементов этого поколения компьютеров лежали электронные лампы. Их использование определяло и достоинства и недостатки цифровых устройств.
Первой ЭВМ принято считать машину ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), созданную в США в конце 1945 г. ENIAC была по размерам высотой 6 м, шириной 4 м, длиной 30 м; весила 30 т. Машина содержала 18 000 электронных ламп 16 основных типов, 1500 реле, потребляя мощность в 140 кВт.
Еще до начала эксплуатации ENIAC ее создатели Моучли и Эккерт по заказу военного ведомства США приступили к проекту нового компьютера EDVAC (Electronic Discrete Automatic Variable Computer), который был совершеннее первого.

Второе поколение ЦВМ
Второе поколение – транзисторы (1955-1965 гг.). Полупроводниковые приборы - транзисторы были изобретены в 1948 г. Они отличались от электронных ламп малыми размерами, низким напряжением питания и малой потребляемой мощностью.
Общепринято, что второе поколение начинается с ЭВМ RCA-501, появившейся в 1959 г. в США и созданной на полупроводниковой элементной базе. Между тем, еще в 1955 г. была создана бортовая транзисторная ЭВМ для межконтинентальной баллистической ракеты ATLAS.
В СССР второе поколение начинается с ЭВМ РАЗДАН (1960 г.) и его вполне можно охарактеризовать такими известными сериями ЭВМ, как Наири, Мир (малые ЭВМ); МИНСК, Урал, РАЗДАН, БЭСМ-4 (средние ЭВМ) и Днепр, М-4000 (управляющие ЭВМ).

Третье поколение ЦВМ
Третье поколение – интегральные схемы (1965-1980 гг.) появились интегральные схемы (ИС), которые позволили резко уменьшить размеры полупроводниковых схем и снизить потребляемую мощность.
Первой такой серией, с которой принято вести отсчет 3-го поколения, является широко известная серия моделей IBM Series/360 (или кратко IBM/360), серийный выпуск которой был начат в США в 1964 г.; а уже к 1970 г. серия включала 11 моделей.
В СССР и других странах СЭВ с 1972 г. было начато производство Единой серии ЭВМ (ЕС ЭВМ), копирующей (насколько это было технологически возможно) серию IBM/360. Наряду с серией ЕС ЭВМ в странах СЭВ и СССР с 1970 г. было начато производство серии малых ЭВМ (СМ ЭВМ), совместимой с известной PDP-серией.

Четвертое поколение ЦВМ
Четвертое поколение – сверхбольшие интегральные схемы (с 1980 гг.) Микроминиатюризация электронных устройств привела к появлению новой отрасли промышленности – микроэлектроники, которая относится к области высоких технологий.
Теперь полупроводниковая схема содержала уже не набор нескольких логических элементов, из которых строились затем функциональные узлы компьютера, а целиком функциональные узлы и, в первую очередь процессор, который, учитывая его размеры, получил название микро­процессо , устройства управления внешними устройствами - контроллеры внешних устройств.
Такие интегральные схемы получили название сначала больших интегральных схем (БИС), а затем и сверхбольших интегральных схем (СБИС).

Персональные компьютеры
Феномен персонального компьютера (ПК) восходит к созданию в США в 1965 г. первой мини-ЭВМ PDP-8, которая появилась в результате универсализации специализированного микропроцессора для управления ядерным реактором.
Дальнейшим важным шагом был переход от мини- к микро-ЭВМ; этот новый структурный уровень ВТ начал формироваться на рубеже 70-х годов, когда был создан универсальный процессор на одном кристалле.