WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 21 |

2 Выключите компьютер, чтобы вирус не продолжал своих разрушительных действий.

3 Лечение компьютера с помощью антивирусных программ следует выполнять только при загрузке компьютера с защищенной от записи системной дискеты (ее надо подготовить заблаговременно: отформатировать дискету как системную, записать на нее антивирусную программу, защитить дискету от записи).

4 Если вы не обладаете достаточными знаниями или опытом для лечения компьютера, попросите помочь более опытных коллег.

Тема 3 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ Данная тема включает в себя следующие вопросы:

1 Принципы архитектуры и история развития компьютеров.

1.1 Архитектура компьютера.

1.2 Основные тенденции развития аппаратного обеспечения компьютера.

1.3 Магистрально-модульный принцип архитектуры персональных компьютеров.

1.4 Хронология развития электронной вычислительной техники.

1.5 Поколения ЭВМ и их основные характеристики.

2 Представление информации в компьютере.

2.1 Представление текстовой информации 2.2 Представление графической информации 2.3 Представление звуковой информации 2.4 Представление числовой информации 1 ПРИНЦИПЫ АРХИТЕКТУРЫ И ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРОВ 1.1 А р х и т е к т у р а к о м п ь ю т е р а Основные понятия Архитектура ЭВМ – общее описание структуры и функций ЭВМ, ее ресурсов. В это описание входит:

• общая конфигурация основных устройств;

• основные возможности и характеристики устройств;

• способы взаимосвязи основных устройств компьютера.

Ресурсы ЭВМ – средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. К ресурсам ЭВМ традиционно относят объем доступной памяти, процессорное время и др.

К центральным (системным) устройствам компьютера относят, прежде всего, центральный процессор, оперативную память, системную магистраль.

Периферийными устройствами компьютера являются: дисплей, клавиатура, манипуляторы – мышь, джойстик, световое перо и т.п., винчестер, дисководы для гибких и компакт-дисков, принтер, плоттер, сканер, модем и пр.

Порт – устройство, через которое периферийные устройства подключаются к системной магистрали.

При разработке принципов архитектуры компьютеров широко используется идея о разделении отдельных операций процесса решения задачи (процесса вычислений) между отдельными "специализированными" устройствами.

Когда Чарльз Бэббидж разрабатывал аналитическую счетную машину в 1830-х гг. он предположил, что для успешной работы необходимы как минимум следующие устройства (рис. 9):

• устройство для обработки данных, в котором непосредственно осуществляются вычисления ("мельница);

• устройство для хранения данных ("склад");

• устройство для управления процессом вычислений ("контора").

Рис. 9 Архитектура аналитической счетной машины с точки зрения Ч. Бэббиджа Разработке Бэббиджа не суждено было воплотиться в действующей модели, но идеи о разделении отдельных операций процесса вычислений между отдельными "специализированными" устройствами получили дальнейшее развитие в принципах архитектуры компьютеров, традиционно называемых принципами фон Неймана (1940-е гг.). Эти принципы таковы:

– принцип программного управления. Все устройства работают под управлением программ.

Программы состоят из отдельных шагов – команд. Последовательность команд и является программой;

– принцип условного перехода. Существует возможность менять последовательность вычислений в зависимости от полученных промежуточных результатов;

– принцип хранимой программы. Программы и данные к ним хранятся в одной той же памяти.

Команды представляются в числовой форме и хранятся в том же ОЗУ, что и данные для вычислений.

Таким образом, команды можно посылать в арифметическое устройство и преобразовывать как обычные числа. Это позволяет создавать программы, способные в процессе вычислений изменять сами себя;

– принцип иерархичности запоминающих устройств – память делится на оперативную (быстрая, небольшого размера) и долговременную (большую, а потому медленную). Наиболее часто используемые данные хранятся в быстром ЗУ сравнительно малой емкости, а более редко используемые – в медленном, но гораздо большей емкости;

– принцип двоичного кодирования – вся информация в компьютере хранится и обрабатывается в двоичном коде.

Начиная с первых ЭВМ (1940-е гг.), реализовывалась схема взаимодействия устройств компьютера, основанная на этих принципах, представленная на рис. 10.

Рис. 10 Схема взаимодействий устройств компьютера согласно архитектуре фон Неймана:

УУ – устройство управления; АЛУ – арифметико-логическое устройство Что касается персональных компьютеров (конец 1970-х – начало 1980-х гг.), то их основу составляет находящаяся в системном блоке системная ("материнская") плата, на которой размещены системные (центральные) устройства компьютера – процессор и память (оперативная и постоянная), соединенные между собой системной шиной (информационной магистралью), к которой подсоединяются контроллеры всех периферийных устройств, подключаемых к компьютеру (см. рис. 11). При этом периферийными считаются и клавиатура, и монитор, и винчестер, и дисководы, и модем, и манипуляторы, и сканер, и видеокамера, и т.д. Дополнительные устройства, позволяющие пользователю компьютера слушать музыку, смотреть видеоролики, работать в сети и т.д., подключаются через специальные платы расширения. Невозможна работа компьютера и без таких вспомогательных (с точки зрения процесса обработки информации) устройств, как блок питания, система охлаждения и пр.

Рис. 11 Схема архитектуры персонального компьютера Примечание. Адаптер монитора (видеоадаптер) часто также располагается на системной плате.

1.2 О с н о в н ы е т е н д е н ц и и р а з в и т и я аппаратного обеспечения компьютера Развитие ЭВМ с момента их появления происходит быстрыми темпами. Модернизируются существующие устройства и разрабатываются новые, появляются более совершенные конструктивные решения для обеспечения взаимосвязи отдельных устройств между собой – т.е. архитектура ЭВМ постоянно совершенствуется. На смену большим ЭВМ пришли мини-ЭВМ, а затем и персональные компьютеры (ПК). Сохраняя общие принципы архитектуры, каждая новая модель компьютеров обладает определенными отличительными признаками.

Интеграция устройств. Например, если в первых моделях математический сопроцессор, кэшпамять, таймер и ряд других устройств изготавливались и размещались на материнской плате как отдельные устройства, то в настоящее время они все чаще объединяются в одном кристалле с центральным процессором.

Расширение спектра периферийных устройств. В настоящее время пользователю предлагаются самые различные модели принтеров, дисплеев, клавиатур, несколько десятков видов манипуляторов, сенсорные системы и т.д.

Унификация портов – переход от специализированных портов для разных устройств (например, LPT – Line PrinTer – для подключения принтера и COM – communicate – для модема и т.п.) к универсальным портам – USB – universal serial bus (универсальная последовательная шина). К одному USBпорту можно подключить до 127 устройств разного назначения.

Унификация двоичного кодирования символов – переход от множества однобайтных таблиц кодировок (ASCII, КОИ-8, CP1251 и т.п.) к единой двухбайтной таблице Unicode, содержащей коды 216 = 65536 различных символов.

1.3 М а г и с т р а л ь н о - м о д у л ь н ы й п р и н ц и п архитектуры персональных компьютеров Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе организации обмена информации. В соответствии с этим принципом центральные устройства компьютера взаимодействуют между собой (обмениваются информацией) и с периферийными устройствами через системную (информационную) магистраль (рис. 12).

Системная магистраль предназначена для передачи данных, адресов, команд управления, а потому включает в себя шину данных, адресную шину и шину управления.

Центральные устройства подсоединены к шине непосредственно, а периферийные – через устройства сопряжения (контроллеры или адаптеры).

Рис. 12 Схема архитектуры ПК, основанной на магистрально-модульном принципе организации обмена информации:

НГМД – накопитель на гибких магнитных дисках (дисковод флоппи-диска);

Винчестер – накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД) 1.4 Х р о н о л о г и я р а з в и т и я электронной вычислительной техники 1941 г. – первый автоматический программируемый универсальный цифровой компьютер. Название: ZРазработчик: доктор Конрад Цузе (Konrad Zuse), Германия.

Приблизительный период разработки: 1938 – 1941 гг.

Краткое описание: Z3 управлялся перфолентой из использованной кинопленки, а ввод и вывод производился с четырехкнопочной цифровой клавиатуры и ламповой панели. Машина была основана на реле-технологии и требовала приблизительно 2600 реле: 1400 – для памяти, 600 – для арифметического модуля и оставшиеся как часть схем управления. Главный недостаток реле в том, что прохождение сигнала вызывает искру при замыкании и размыкании контактов. Искра была причиной износа и коррозии контактов и вызывала отказы реле. Память состояла из 64 слов. Цузе использовал двоичные числа с плавающей точкой, длина кода числа составляла 22 бит: четырнадцать для мантиссы, семь для порядка и один для знака. Арифметический модуль состоял из двух механизмов – для порядка и мантиссы, – которые функционировали параллельно. Это обеспечивало не только выполнение четырех стандартных арифметических операций, но и позволяло вычислять квадратные корни. Имелись специальные "аппаратные" команды для умножения чисел на – 1; 0,1; 0,5; 2 или 10. Практиковалось изготовление специальных модулей для автоматического преобразования чисел из двоичной системы в десятеричную, чтобы упростить чтение и запись данных. Z3 мог выполнять три или четыре сложения в секунду и умножать два числа за 4 или 5 секунд. Z3 никогда не использовался для решения серьезных проблем, потому что ограниченная память не позволяла загрузить достаточное количество информации, чтобы обеспечить решение систем линейных уравнений, для чего он и создавался. Единственная модель Z3 была разрушена во время воздушного налета в 1944 г. Z3 – первое устройство, которое можно назвать полностью сформировавшимся компьютером с автоматическим контролем над операциями.

1943 г. – первый программируемый электронный цифровой компьютер.

Название: Colossus.

Разработчики: доктор Томми Флаверс (Tommy Flowers) и научно-исследовательские лаборатории Почтового департамента Англии, Приблизительный период разработки: 1939 – 1943 гг.

Краткое описание: Colossus был построен в 1943 году в научно-исследовательских лабораториях Почтового департамента Англии группой разработчиков во главе с Томми Флаверсом для декодирования немецких телеграфных шифровок. Немецкое командование использовало шифровальную машину Лоренца для обработки секретных депеш как от Гитлера к генералам, так и между генералитетом. Декодируя эти сообщения, генералы Эйзенхауэр и Монтгомери получали важнейшую информацию, сыгравшую немаловажную роль в успешной высадке союзнических войск в 1944 г.

1946 г. – первый большой универсальный электронный цифровой компьютер (рис. 13).

Название: ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator).

Разработчики: Джон Мочли (John Маuchу) и Дж. Преспер Эккерт (J. Prosper Eckert).

Приблизительный период разработки: 1943 – 1946 гг.

Краткое описание: "Электронный числовой интегратор и вычислитель", полностью готовый к работе весной 1945 г., стал первым полнофункциональным цифровым компьютером. Он был произведен на свет в Школе электрической техники Moore (при университете в Пенсильвании). Для хранения и обработки данных в ней были применены 18 тыс. электронных ламп и 1500 реле. Таким образом, компьютер осуществлял обработку данных с помощью электроники, а не механически. ENIAC мог производить 5 тыс. операций сложения или 300 операций умножения в секунду. Время сложения – 200 мкс, умножения – 2800 мкс и деления – 24000 мкс. Команды по программе вводились вручную и каждый раз программу нужно было вводить заново. В результате на создание и выполнение даже самой простой программы требовалось очень много времени. Однако в считанные часы на этой машине можно было решить задачи, на которые 50 инженерам потребовался бы целый год. Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати типов, 7200 кристаллических диодов и 4100 магнитных элементов. В 1940-е гг. электронные лампы не были такими надежными, какими они являются в настоящее время. В среднем каждые 8 минут одна лампа выходила из строя и все-таки ENIAC продемонстрировал всем широкие возможности электронного компьютера. Потребляемая мощность ENIAC –174 кВт – мощность, достаточная для небольшого завода. Это было огромное сооружение из 40 панелей, расположенных Побразно. Объем – 85 м3, длина – 30 м, занимаемое пространство – около 300 м2, вес – 30 т.

Первая полностью электронная цифровая вычислительная машина ENIAC (Electronic Numerical Integrator and – электронный численный интегратор и калькулятор) была создана в 1946 г. по заказу военного ведомства США. Машина употребляла около 150 кВт энергии.

Рис. 13 ENIAC 1949 г. – первый большой полнофункциональный электронный цифровой компьютер с сохраняемой программой.

Название: EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer – электронный калькулятор с памятью на линиях задержки).

Разработчики: Морис Вилкес (Maurice Wilkes) и сотрудники математической лаборатории Кембриджского университета (Англия).

Приблизительный период разработки: 1946 – 1949 гг. Первая программа успешно прошла 6 мая 1949 г.

1950 г. – первая отечественная электронная цифровая вычислительная машина.

Название: МЭСМ ("Модель электронной счетной машины").

Разработчики: С.А. Лебедев, Институт электротехники АН УССР.

Приблизительный период разработки: 1946 – 1950 гг.

1952 г. – первая российская цифровая вычислительная машина общего назначения семейства БЭСМ, ориентированная на решение сложных задач науки и техники.

Название: БЭСМ – "большая электронная счетная машина".

Разработчик: Институт точной механики и вычислительной техники АН СССР.

Приблизительный период разработки: 1949 – 1952 гг.

Краткое описание: Трехадресная машина параллельного действия, оперировавшая с 39разрядными словами со скоростью 10 тыс. операций в секунду.

1956 г. – первое принесшее коммерческий успех игровое цифровое устройство. Прообраз игровых компьютеров и приставок.

Название: Genlac.

Разработчик: Эдмунд Беркли (Edmund С. Berkeley).

Приблизительный период разработки: 1955 – 1956 гг.

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 21 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.