Принципы построения вычислительных машин

Министерство  образования и науки РФ

Институт инженерных технологий, регионального  предпринимательства и информатики (ИРПИ)

 

 

 

Реферат

По дисциплине Вычислительные системы машины и сети

На тему:

«Принципы построения вычислительных машин»

 

 

 

 

 

                                                                Выполнил:  Хромов В.П.

                                                               Студент 4-го курса

                                                                           инженерного факультета

                                                                           Проверил: Попов В.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Покров

2010

 

Содержание

 

Введение ……………………………………………………………………….3

1. Принципы построения, архитектура ЭВМ ………………………………..4

2. Обобщенная архитектура ПЭВМ …………………………………………..7

2.1. Процессор ……………………………………………………………….....7

2.2. Программа………………………………………………………………….8

3. Устройства памяти ЭВМ  …………………………………………………..8

3.1. Память компьютера ……………………………………………………….8

3.2. Внутренняя память  ………………………………………………………..9

3.3. Внешняя память …………………………………………………………...9

3.4. Энергозависимая  ………………………………………………………….9

3.5. Энергонезависимая ……………………………………………………….9

3.6. Регистровая память  ……………………………………………………...10

3.7. Кеш-память ………………………………………………………………10

3.8. Оперативное запоминающее устройство ………………………………11

3.9. Внешнее запоминающее  устройство …………………………………...11

4. Устройства ввода-вывода ………………………………………………... 12

4.1. Клавиатура ……………………………………………………………….13

4.2. Мышь ……………………………………………………………………..13

4.3. Трекбол …………………………………………………………………...14

4.4. Джойстик  …………………………………………………………………14

4.5. Дигитайзер  ……………………………………………………………….14

4.6. Сканер …………………………………………………………………….14

5. Общий принцип работы ЭВМ …………………………………………….16

Заключение………………….. ……………………………………………….18

Список используемой литературы…………………………………………..20

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

ЭВМ – это комплекс программных средств, предназначенных  для автоматической обработки информации.

Россия стоит на пути исторической необходимости перехода на новый уровень общественного и экономического развития, определяемыми жестокими требованиями рыночной экономики. Речь идет о пути формирования информационного общества. Материальная база информационного общества является информационная экономика. Основы информационной экономики составляет создание и потребление информационных ресурсов или информационных ценностей.

Основные особенности  информационной экономики: 
1).Главной формой накопления является накопление знаний и другой полезной информации. 
2).Это изменение характера производства процессов в основных областях. 
3).Экономически оправданным является мелкосерийное и индивидуальное производство. 
4).Резкое возрастание скорости экономических процессов. 
5).Усиление интеграционных процессов.

Развитые страны мира стали на путь информационной экономики  в 70 годах.

Такой путь имели следующие моменты: 
1).Превышение суммарных затрат, чисто информационной базы над другими отраслями. 
2).Возрастание доли не вещественных затрат. 
3).Формирование глобальных коммуникаций сети общества. 
4).Увеличение в производстве до 50% населения занятые информационной обработкой.

 

1. Принципы построения, архитектура ЭВМ

ЭВМ, компьютер – это  комплекс технических средств, предназначенных  для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Требования пользователей к выполнению вычислительных работ определяется подбором и настройкой технических и программных средств объединенных в одну структуру.

Структура ЭВМ – это  совокупность ее элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств.

Архитектура ЭВМ –  это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных  средств, из которых состоит ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное  построение и применение.

Детализацией архитектурного и структурного построения ЭВМ занимаются различные категории специалистов вычислительной техники: 
1. Инженеры (схема- техники) – проектируют отдельные технические устройства и разрабатывают методы сопряжения друг с другом. 
2. Системные программисты – создают программы управления техническими средствами, информационного распределения между уровнями, организацию вычислительного процесса. 
3. Прикладные программисты – разрабатывают пакеты программ более высокого уровня, которые обеспечивают взаимодействие пользователя с ЭВМ и необходимый для этого сервис. 
4. Специалисты по эксплуатации ЭВМ – занимаются общими вопросами взаимодействия пользователя с ЭВМ.

Содержание знаний и  умений специалистов по ПО и его  эксплуатации составляют: 
1) Технические и эксплуатационные характеристики. 
2) Производительность ЭВМ – объем работ осуществляющих ЭВМ в единицу времени. 
3) Емкость запоминающих устройств: ОЗУ и ДЗУ. 
4) Надежность – это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени. 
5) Точность – это возможность различать почти равные значения. 
6) Достоверность – это свойство информации быть правильно воспринятой.

Классификация ЭВМ

Величина и разнообразие современного парка ЭВМ потребовали  системы квалификации ЭВМ. Предложено много принципов классификации:

1. Классификация ЭВМ по форме представления величин вычислительной машины делят на:

- аналоговые (непрерывного  действия) АВМ

- цифровые (дискретного  действия) ЦВМ

- аналого-цифровые (гибридные)  ГВМ

В АВМ обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых вычислений: ток, напряжение угол поворота.

В ЦВМ (ЭВМ) информация кодируется двоичным кодом. Широкое применение получили ЦВМ с электрическим  представлением дискретной информации – электронные ЦВМ.

2. Классификация ЭВМ  по поколениям (по элементарной базе):

- Первое поколение  (50г.): ЭВМ на электронных вакуумных  лампах.

- Второе поколение  (60г.): ЭВМ на дискретных полупроводниковых  приборах (транзисторах).

- Третье поколение  (70г.): ЭВМ на полупроводниковых  интегральных схемах с малой степенью интеграции.

- Четвертое поколение  (80г.): ЭВМ на больших интегральных  схемах.

- Пятое поколение (90): ЭВМ на сверхбольших интегральных  схемах.

- Шестое и последующие  поколения: оптоэлектронные ЭВМ  с массовым параллелизмом и  нейронной структурой – с распределенной степенью большого числа несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Интегральная схема  – электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого  полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.

3. Классификация ЭВМ  по мощности (быстродействию):

1).Супер-ЭВМ – машины  для крупно-маштабных задач (фирма  IBM).

2).Большие ЭВМ –  машины для территориальных, региональных  задач.

3).Средние ЭВМ –  машины очень широкого распространения.

4).Малые ЭВМ.

5).ПЭВМ (персональные  ЭВМ).

6).Микро ЭВМ и микропроцессоры.

7).Сети ЭВМ.

Общие принципы построения современных ЭВМ.

Основным принципом  построения ЭВМ является программное  управление, в основе которого лежит  представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.

Алгоритм – это  конечный набор предписаний, определяющий решения задачи посредством конечного  количества операций (ISO 2382/1-84 международный  стандарт).

Программа – это упорядоченное  последовательность команд подлежащих обработки.

Принцип программного управления может быть осуществлен разными  способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ был представлен  в 
1945 году Нейманом. Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления отражает характер действия человека по алгоритму.

программы потоки и исходные информации данные

Обобщенная структура  ЭВМ Джен Фон Неймана первого  и второго поколений

УПД – устройство подготовки данных. 
УВС – устройство ввода. 
АЛУ – арифметико-логическое устройство. 
УУ – устройство управления. 
ОЗУ – оперативное запоминающее устройство. 
ДЗУ – длительно запоминающее устройство 
ВЗУ – внешнее запоминающее устройство. 
УВ – устройство вывода. 
ЗУ+АЛУ+УУ – процессор.

Любая ЭВМ имеет устройство ввода информации, с помощью которого в ЭВМ вводят программы решения задач и данные к ним.

ОЗУ – предназначено  для оперативного запоминания программы  хранящейся в исполнении.

ВЗУ – предназначено  для долговременного хранения информации.

Кэш-память – промежуточная  память между ОЗУ и ВЗУ.

УУ – предназначено  для автоматического выполнения программ путем принудительной координации  всех остальных устройств ЭВМ.

АЛУ – выполняет арифметические и логические операции над данными. 
Основой АЛУ является операционный автомат, в состав которого входят: сумматоры, счетчики, логические операции.

Классическая структура  ЭВМ с переходом на БИС (большие  интегральные схемы) перешла в понятие  архитектура ЭВМ.

Устройства сопряжения

Обобщенная архитектура  третьего и четвертого поколений

В ЭВМ третьего поколения усложнение структуры произошло за счет разделения процессов ввода/вывода информации, и ее обработки. Появляется понятие процессор, где неразрывно связаны СОЗУ (сверх оперативное устройство), АЛУ и УУ. Появляется понятие каналы ввода/вывода, которые делят на мультиплексные (МК) и селекторные (СК) каналы.

МК – предназначены  обслуживать большое количество медленно-скоростных устройств.

СК – обслуживают  высокоскоростные, отдельные устройства.

Применительно к ПЭВМ архитектура приняла упрощенный вид архитектуры малых машин (принцип открытой архитектуры, где главным элементом является системная магистраль). Ядро ПЭВМ образует процессор и основная память. 
Подключение всех остальных устройств осуществляется через адаптеры 
(устройства сопряжения).

2. Обобщенная архитектура ПЭВМ

Электронная вычислительная машина (ЭВМ) — это устройство, выполненное на электронных приборах, предназначенное для автоматического преобразования информации под управлением программы.

Основные элементы электронной  вычислительной машины (фон-неймановской структуры) и связи между ними показаны на рисунке.

1. Процессор выполняет логические и арифметические операции, определяет порядок выполнения операций, указывает источники данных и приемники результатов. Работа процессора происходит под управлением программы.

При первом знакомстве с ЭВМ считают, что процессор  состоит из четырех устройств: арифметико-логического  устройства (АЛУ), устройства управления (УУ), блока регистров (БР) и кэш-памяти. АЛУ выполняет арифметические и  логические операции над данными. Промежуточные результаты сохраняются в БР. Кэш-память служит для повышения быстродействия процессора путем уменьшения времени его непроизводительного простоя. УУ отвечает за формирование адресов очередных команд, т. е. за порядок выполнения команд, из которых состоит программа.

2. Программа — это набор команд (инструкций), составленный человеком и выполняемый ЭВМ. Команда обеспечивает выработку в УУ управляющих сигналов, под действием которых процессор выполняет элементарные операции.

Таким образом, программы состоят из команд, а при выполнении команд процессор разбивает команды на элементарные операции.

Элементарными операциями для процессора являются арифметические и логические действия, перемещение данных между регистрами процессора, счет и т. д.

Основной функцией системной шины является передача информации между процессором и остальными устройствами ЭВМ. Системная шина состоит из трех шин: шины управления, шины данных и адресной шины. По этим шинам циркулируют управляющие сигналы, данные (числа, символы), адреса ячеек памяти и номера устройств ввода-вывода.

Сделаем образное сравнение работы системной шины с работой почты. По шине данных пересылаются письма в места, адреса которых указаны  на шине адреса. Шина управления следит, чтобы письма при движении не мешали друг другу и перемещались по очереди. Под письмами нужно понимать операнды (данные и команды), которыми обмениваются отдельные блоки ЭВМ.

Память предназначена  для записи, хранения, выдачи команд и обрабатываемых данных.