Состав вычислительной системы. Состав вычислительной системы Рассматривают аппаратную и программную конфигурацию т. Интерфейсы любой вычислительной системы можно условно разделить на последовательные и параллельные. Системный уровень переходный обеспечивающий взаимодействие прочих программ компьютерной системы как с программами базового уровня так и непосредственно с аппаратным обеспечением в частности с центральным процессором.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Лекция 4. История развития вычислительной техники. Классификация компьютеров. Состав вычислительной системы. Аппаратное и программное обеспечение. Классификация служебных и прикладных программных средств

История развития вычислительной техники

Первыми счетными устройствами были механические устройства. В 1642 году французский механик Блез Паскаль разработал компактное суммирующее устройство – механический калькулятор .

В 1673 г. Немецкий математик и философ Лейбниц усовершенствовал его путем добавления операций умножения и деления . На протяжении 18 века разрабатывались все более совершенные, но по-прежнему механические вычислительные устройства на основе зубчатых, реечных, рычажных и других механизмов.

Идея программирования вычислительных операций пришла из часовой промышленности. Такое программирование было жестким: одна и та же операция выполнялась в одно и то же время (пример – работа станка по копиру).

Идея гибкого программирования вычислительных операций была высказана английским математиком Чарльзом Бэббиджем в 1836-1848 гг. Особенностью его аналитической машины был принцип разделения информации на команды и данные . Однако проект не был реализован.

Программы вычислений на машине Беббиджа, составленные дочерью поэта Байрона Адой Лавлейс (1815-1852), очень схожи с программами, составленными впоследствии для первых ЭВМ. Эту замечательную женщину назвали первым программистом мира.

При переходе от режима регистрации положений механического устройства к режиму регистрации состояний элементов электронного устройства десятичная система стала неудобной, т. к. состояний элементов только два : включено и выключено.

Возможность представления любых чисел в двоичной форме была впервые высказана Лейбницем в 1666 году.

Идея кодирования логических высказываний в математические выражения:

• истина (True ) или ложь (False );
• в двоичном коде 0 или 1,

была реализована английским математиком Джорджем Булем (1815-1864) в первой половине XIX века.

Однако разработанная им алгебра логики "алгебра Буля" нашла применение лишь в следующем веке, когда понадобился математический аппарат для проектирования схем ЭВМ, использующих двоичную систему счисления. "Соединил" математическую логику с двоичной системой счисления и электрическими цепями американский ученый Клод Шеннон в своей знаменитой диссертации (1936 г.).

В логической алгебре при создании ЭВМ используются в основном 4 операции:

• И (пересечение или конъюнкция - A ^ B);
• ИЛИ (объединение или дизъюнкция - AvB );
• НЕ (инверсия - |A) ;
• ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (A *| B +| A * B ).

В 1936 г. Английский математик А. Тьюринг и, независимо от него Э. Пост, выдвинули и разработали концепцию абстрактной вычислительной машины . Они доказали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии возможности её алгоритмизации.

В 1946 г. Джоном фон Нейманом, Голдстайном и Берксом (Принстонский институт перспективных исследований) был составлен отчет, который содержал детальное описание принципов построения цифровых ЭВМ , которые используются до сих пор.

1. В архитектуру ЭВМ Джона фон Неймана входят:
   1. центральный процессор , состоящий из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ);
   2. память : оперативная (ОЗУ) и внешняя;
   3. устройства ввода ;
   4. устройства вывода .
2. Принципы работы ЭВМ, предложенные фон Нейманом:
   1. однородность памяти ;
   2. программное управление ;
   3. адресность .
3. Можно выделить основные поколения ЭВМ и их характеристики:

Годы применения	1955 – 60 гг.	1960 – 65 гг.	1965 – 70 гг.	1970 – 90 гг.	С 1990 г. по настоящее время
Основной элемент	Электронная лампа	Транзистор	ИС (1400 элементов)	Большая ИС (десятки тыс. элементов)	Большая ИС (миллионы элементов)
Пример ЭВМ	IBM 701 (1952 г.)	IBM 360-40 (1964 г.)	IBM 370- 145 (1970 г.)	IBM 370-168 (1972 г.)	IBM Server z990 2003
Быстродей- ствие, опер./с	8 000	246 000	1 230 000	7 700 000	9*10 9
Ёмкость ОЗУ, байт	20 480	256 000	512 000	8 200 000	256*10 9
Примечание	Шеннон, фон Нейман, Норберт Винер	Языки ФОРТРАН, КОБОЛ, АЛГОЛ	Миником- пьютер, ОС MS DOS, ОС Unix, сеть	PC, графиче- ские ОС, интернет	Искусствен- ный интеллект, распозна- вание речи, лазер

Бурное развитие вычислительных систем началось в 60-х годах 20 века с отказом от электронных ламп и развитием полупроводниковой, а затем и лазерной техники.

Эффективность ЭВМ (компьютеров) значительно выросла в 70-х годах 20 века с разработкой процессоров на базе интегральных микросхем.

Качественный скачок в развитии компьютеров произошел в 80-х годах XX века с изобретением персонального компьютера и развитием всемирной информационной сети - интернета .

Классификация компьютеров

1. По назначению:
   • суперкомпьютеры;
   • серверы;
   • встроенные компьютеры (микропроцессоры);
   • персональные компьютеры (ПК).

Суперкомпьютеры - вычислительные центры - создающиеся для решения предельно сложных вычислительных задач (моделирования сложных явлений, обработки сверхбольших объемов информации, составления прогнозов и т. п.).

Серверы (от английского слова serve обслуживать, управлять) - компьютеры, обеспечивающие работу локальной или глобальной сети, специализирующиеся на оказании информационных услуг и обслуживании компьютеров крупных предприятий, банков, учебных заведений и т. п.

Встроенные компьютеры (микропроцессоры) получили массовое распространение в производстве и бытовой технике, где управление может быть сведено к выполнению ограниченной последовательности команд (роботы на конвейере, бортовые, интегрированные в бытовую технику и т. п.)

Персональные компьютеры (PC ) предназначены для работы одного человека, поэтому применяются повсеместно. Их рождением считается 12 августа 1981 г., когда корпорация IBM представила их первую модель. PC совершили компьютерную революцию в жизни миллионов людей и оказали огромное влияние на развитие человеческого общества.

PC разделяются на массовые, деловые, портативные, развлекательные, а также рабочие станции.

Стандарты PC :

• Consumer PC (массовый);
  • Office PC (деловой);
  • Entertainment PC (развлекательный);
  • Workstation PC (рабочая станция);
  • Mobile PC (портативный).

Большинство PC – массовые.

Деловые (офисные) PC содержат профессиональные программы, но в них минимизированы требования к графическим средствам и средствам воспроизведения звука.

В развлекательных PC широко представлены средства Multimedia .

В рабочих станциях повышены требования к хранению данных.

Для портативных обязательным является наличие средств доступа в компьютерную сеть.

1. По уровню специализации:
   • универсальные;
   • специализированные (примеры: файл-сервер, Web -сервер, сервер печати и т. п.).
2. По типоразмерам:
   • настольные (desktop);
   • носимые (notebook, iPad );
   • карманные (palmtop);
   • мобильные вычислительные устройства (PDA - p ersonal d igital a ssist a nt), сочетающие в себе функции palmtop и сотовых телефонов.
3. По аппаратной совместимости:
   • IBM PC;
   • Apple Macintosh .
4. По типу процессора:
   • Intel (в персональных компьютерах фирмы IBM);
   • Motorola (в персональных компьютерах фирмы Macintosh).

Состав вычислительной системы

Рассматривают аппаратную и программную конфигурацию, т. к. часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критерием в каждом случае является эффективность работы.

Считается, что повышение эффективности работы за счёт развития аппаратных средств оказывается в среднем дороже, зато реализация решений программным путём требует высокой квалификации персонала.

Аппаратное обеспечение

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы (используется блочно-модульная конструкция).

По способу размещения устройств относительно центрального процессорного устройства различают внутренние и внешние устройства. Внешние - это устройства ввода-вывода (периферийные устройства) и дополнительные устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Согласование между отдельными блоками и узлами осуществляется с помощью переходных аппаратно-логических устройств - аппаратных интерфейсов, работающих в соответствии с утвержденными стандартами.

Интерфейсы любой вычислительной системы можно условно разделить на последовательные и параллельные.

Параллельные интерфейсы более сложны, требуют синхронизации передающего и принимающего устройств, но имеют более высокую производительность, которая измеряется байтами в секунду (байт/с, Кбайт/с, Мбайт/с). Применяются (сейчас редко) при подключении принтера.

Последовательные - проще и медленней, их называют асинхронными интерфейсами . Из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных (на 1 байт - 1-3 служебных бита), производительность измеряется битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с).

Применяются для подключения устройств ввода, вывода и хранения информации мыши, клавиатуры, флэш-памяти, датчиков, диктофонов, видеокамер, устройств связи, принтеров и т. п.

Стандарты на аппаратные интерфейсы в ВТ называют протоколами. Протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками компьютерной техники для успешного согласования работы устройств.

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) или программная конфигурация - это программы (упорядоченные последовательности команд). Между программами существует взаимосвязь: одни работают, опираясь на другие (более низкого уровня), т. е. следует говорить о межпрограммном интерфейсе.

1. Базовый уровень (BIOS) - самый низший уровень. Базовое обеспечение отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Базовые программные средства хранятся в микросхеме постоянного запоминающего устройства - ПЗУ (Read Only Memory (ROM)).

Если параметры базовых средств необходимо изменять во время эксплуатации, применяют перепрограммируемые ЗУ или ППЗУ (Erasable and Programmable Read Only Memory (EPROM ). Реализация ППЗУ осуществляется с помощью микросхемы "энергонезависимой памяти" или CMOS , которая также работает при начальной загрузке компьютера.

1. Системный уровень - переходный, обеспечивающий взаимодействие прочих программ компьютерной системы, как с программами базового уровня, так и непосредственно с аппаратным обеспечением, в частности с центральным процессором.

В состав системного обеспечения входят:

• драйверы устройств - программы, обеспечивающие взаимодействие компьютера с конкретными устройствами;
• средства установки программ;
• стандартные средства пользовательского интерфейса, обеспечивающие эффективное взаимодействие с пользователем, ввод данных в систему и получение результата.

Совокупность программ системного уровня образует ядро операционной системы PC .

Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен:

• к взаимодействию программных средств с оборудованием;
• к установке программ более высоких уровней;
• а самое главное – к взаимодействию с пользователем.

обязательное и в основном достаточное условие для обеспечения работы человека на компьютере.

1. Служебный уровень программного обеспечения дает возможность работы, как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (утилит) - в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке PC. Кроме того, они используются для расширения и улучшения функций системных программ. Некоторые из программ служебного уровня изначально включаются в состав операционной системы, как стандартные.

В разработке и эксплуатации служебных программ существуют два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование.

Во втором случае они предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.

1. Прикладной уровень - это комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр их очень широк (от производственных до развлекательных).

Доступность прикладного ПО и широта функциональных возможностей PC напрямую зависит от используемой операционной системы, т. е. какие системные средства содержит ее ядро и, следовательно, как она обеспечивает взаимодействие: человек — программы — оборудование.

Классификация служебных программных средств

1. Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С помощью их выполняется копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов, удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре (например, Проводник (Windows Explorer )).
2. Архиваторы – средства сжатия файлов
3. Средства просмотра и воспроизведения . Простые и универсальные средства просмотра, не обеспечивающие редактирования, но позволяющие просматривать (воспроизводить) документы разных типов.
4. Средства диагностики – для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Используются не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютера.
5. Средства контроля (мониторинга ) или мониторы - позволяют следить за процессами, происходящими в компьютере. Используются два режима: наблюдение в реальном масштабе времени и контроль с записью результатов в протокольном файле (используется, когда мониторинг необходимо обеспечить автоматически и дистанционно).
6. Мониторы установки - обеспечивают контроль установки программного обеспечения, следят за состоянием окружающей программной среды, позволяют восстанавливать связи, утраченные в результате удаления ранее установленных программ.

Простейшие мониторы обычно входят в состав операционной системы и размещаются на системном уровне.

1. Средства коммуникации (коммуникационные программы) - соединения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты и т. п.
2. Средства обеспечения компьютерной безопасности (активные и пассивные). Средства пассивной защиты – это программы резервного копирования. В качестве средств активной защиты применяют антивирусное программное обеспечение.
3. Средства электронной цифровой подписи (ЭЦП).

Классификация прикладных программ

1. Текстовые редакторы (Notepad , WordPad , Лексикон, редактор Norton Commander и т. п.).
2. Текстовые процессоры (позволяют не только вводить и редактировать тексты, но и форматировать, т. е. оформлять их). Таким образом, к средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики , таблиц, а также средства автоматизации процесса форматирования (Word).
3. Графические редакторы . Это растровые (точечные), векторные редакторы и средства для создания трехмерной графики (3D-редакторы).

В растровых редакторах (Paint ) графический объект представлен в виде комбинации точек, каждая из которых обладает свойствами яркости и цвета. Такой вариант эффективен в случаях, когда изображение имеет много полутонов, и информация о цвете элементов объекта важнее, чем информация об их форме. Растровые редакторы широко применяются для ретуши изображений, создания фотоэффектов, но они не всегда удобны для создания новых изображений и неэкономичны, т.к. изображения имеют большую избыточность.

В векторных редакторах (CorelDraw ) элементарным объектом изображения является не точка, а линия. Такой подход характерен для чертежно-графических работ, когда форма линий имеет большее значение, чем информация о цвете отдельных точек, ее составляющих. Это представление намного компактнее, чем растровое. Векторные редакторы удобны для создания изображений, но практически не используются для обработки готовых рисунков.

Редакторы трехмерной графики позволяют гибко управлять взаимодействием свойств поверхности объектов со свойствами источников освещения, а также создавать трехмерную анимацию, поэтому их называют также 3 D -аниматорами.

1. Системы управления базами данных (СУБД). Основными функциями их являются:

• создание пустой базы данных;
• предоставление средств для ее заполнения и импорта данных из таблиц другой базы данных;
• обеспечение возможности доступа к данным, средств поиска и фильтрации.

1. Электронные таблицы . Это комплексные средства для хранения и обработки данных (Excel ). Предоставляют широкий спектр методов работы с числовыми данными.
2. Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ, а также могут производить элементарные расчеты и выбор конструктивных элементов из баз данных.
3. Настольные издательские системы . Предназначены для автоматизации процесса верстки полиграфических изданий. Занимают промежуточное положение между текстовыми процессорами и системами автоматического проектирования. Типичный прием использования – применение к документам, прошедшим предварительную обработку в текстовых процессорах и графических редакторах.
4. Экспертные системы (анализ данных, содержащихся в базах знаний). Характерная их особенность - способность к саморазвитию (при необходимости генерирует достаточный набор вопросов к эксперту и автоматически повысить свое качество).
5. WEB – редакторы . Объединяют свойства текстовых и графических редакторов и предназначены для создания и редактирования WEB – документов.
6. Броузеры (средства просмотра WEB – документов).
7. Интегрированные системы делопроизводства. Основные функции – редактирование и форматирование простейших документов, централизация работы электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документов предприятия.
8. Бухгалтерские системы – сочетают в себе функции текстовых и табличных редакторов, обеспечивают автоматизацию подготовки и учета первичных документов, ведения счетов плана бухучета, подготовку регулярной отчетности.
9. Финансовые аналитические системы. Используются в банковских и биржевых структурах. Позволяют контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, фондовых и сырьевых рынках, производить анализ, готовить отчеты.
10. Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автоматизации картографических и геодезических работ.
11. Системы видеомонтажа – обработка видеоматериалов.
12. Обучающие, развивающие, справочные и развлекательные программы. Особенностью их являются повышенные требования к средствам мультимедиа (музыкальным композициям, графической анимации и видеоматериалам).

Кроме аппаратного и программного обеспечения выделяют информационное обеспечение (проверка орфографии, словари, тезаурусы и т. п.)

В специализированных компьютерных системах (бортовые) совокупность программного и информационного обеспечения называют математическим обеспечением.

PAGE 7

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
7644.		Формирование представлений о методах решения прикладных задач с помощью средств вычислительной техники	29.54 KB
	Наличие погрешности обусловлено рядом причин. Исходные данные как правило содержат погрешности поскольку они либо получаются в результате экспериментов измерений либо являются результатом решения некоторых вспомогательных задач. Полная погрешность результата решения задачи на ЭВМ складывается из трех составляющих: неустранимой погрешности погрешности метода и вычислительной погрешности: .
166.		Обеспечение заземления в вычислительной техники	169.06 KB
	Практически каждый блок питания компьютера или иного устройства имеет сетевой фильтр рис. При занулении необходимо быть уверенным в том что этот нуль не станет фазой если ктолибо перевернет какуюнибудь вилку питания. Входные цепи блока питания компьютера Рис. Образование потенциала на корпусе компьютера Конечно мощность этого источника ограничена ток короткого замыкания на землю составляет от единиц до десятков миллиампер причем чем мощнее блок питания тем обычно больше емкость конденсаторов фильтра и следовательно ток:...
167.		Общие сведения по эксплуатация средств вычислительной техники	18.21 KB
	Основные понятия Средства вычислительной техники СВТ – это компьютеры к которым относятся персональные компьютеры ПЭВМ сетевые рабочие станции серверы и другие виды компьютеров а также периферийные устройства компьютерная оргтехника и средства межкомпьютерной связи. Эксплуатация СВТ заключается в использовании оборудования по назначению когда ВТ должна выполнять весь комплекс возложенных на нее задач. Для эффективного использования и поддержания СВТ в работоспособном состоянии в процессе эксплуатации проводится...
8370.		Настройка папок и файлов. Настройка средств операционной системы. Применение стандартных служебных программ. Принципы связывания и внедрения объектов. Сети: основные понятия и классификация	33.34 KB
	Настройка средств операционной системы. Настройка средств операционной системы Все настройки осуществляются как правило через Панели управления. Настройка стиля операционной системы Настройка стиля системы осуществляется по пути: Пуск – Панель управления – Все элементы панели управления – Система. Вкладкой Дополнительные параметры системы открывается окно Свойства системы в котором наиболее важной для настройки является вкладка Дополнительно.
9083.		Программное обеспечение. Назначение и классификация	71.79 KB
	Антивирусы Как ни странно но до сих пор нет точного определения что же такое вирус. либо присущи другим программам которые никоим образом вирусами не являются либо существуют вирусы которые не содержат указанных выше отличительных черт за исключением возможности распространения. макровирусы заражают файлы документов Word и Excel. Существует большое количество сочетаний например файловозагрузочные вирусы заражающие как файлы так и загрузочные сектора дисков.
5380.		Разработка учебного стенда Устройство и принцип работы принтера как средство повышения качества подготовки учащихся специальности Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей	243.46 KB
	Классифицируются принтеры по пяти основным позициям: принципу работы печатающего механизма, максимальному формату листа бумаги, использованию цветной печати, наличию или отсутствию аппаратной поддержки языка PostScript, а также по рекомендуемой месячной нагрузке.
10480.		Программное обеспечение компьютера. Виды прикладных программ	15.53 KB
	Меняя программы для компьютера можно превратить его в рабочее место бухгалтера или конструктора статистика или дизайнера редактировать на нем документы или играть в какуюнибудь игру. Классификация программ Программы работающие на компьютере можно разделить на три категории: прикладные программы непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ: редактирование текстов рисование картинок просмотр видео и т.; системные программы выполняющие различные вспомогательные функции например создание копий...
7045.		Информационные системы. Понятие, состав, структура, классификация, поколения	12.11 KB
	Свойства информационной системы: Делимость выделение подсистем что упрощает анализ разработку внедрение и эксплуатацию ИС; Целостность согласованность функционирования подсистем системы в целом. Состав информационной системы: Информационную среду совокупность систематизированных и организованных специальным образом данных и знаний; Информационные технологии. Классификация ИС по назначению Информационно – управляющие – системы для сбора и обработки информации необходимой для управления организацией предприятием...
19330.		РАЗРАБОТКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ ЛОГИСТИКИ НА ЯЗЫКЕ C#	476.65 KB
	Язык программирования - формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под ее управлением.
9186.		Процесс работы вычислительной системы и связанные с этим понятия	112.98 KB
	Рассмотрим следующий пример. Два студента запускают программу извлечения квадратного корня. Один хочет вычислить квадратный корень из 4, а второй – из 1. С точки зрения студентов, запущена одна и та же программа; с точки зрения компьютерной системы, ей приходится заниматься двумя различными вычислительными процессами, так как разные исходные данные приводят к разному набору вычислений.

Существует достаточно много систем классификации компьютеров. Мы рассмотрим лишь некоторые из них, сосредоточившись на тех, о которых наиболее часто упоминают в доступной технической литературе и средствах массовой информации.

Классификация по назначению
Классификация по назначению — один из наиболее ранних методов классификации. Он связан с тем, как компьютер применяется. По этому принципу различают большие ЭВМ (электронно-вычислительные машины), мини-ЭВМ, микро-ЭВМ и персональные компьютеры, которые, в свою очередь, подразделяют па массовые, деловые, портативные, развлекательные и рабочие станции.

Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию вычислительных систем и их программную конфигурацию. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность.

В чем вы видите диалектический характер связи между программным обеспечением и аппаратным?
Назовите четыре основных уровня программного обеспечения. Каков порядок их взаимодействия?
К какому классу относятся программные средства, встроенные в видеомагнитофон, программируемую стиральную машину, СВЧ-печь?
В чем преимущества и недостатки выполнения офисных работ (например копировально-множительных) аппаратными и программными средствами?
Какие категории программного обеспечения могут быть использованы в работемалого предприятия и для каких целей?
Какие виды работ, характерные для крупного промышленного предприятия (например машиностроительного завода), могут быть автоматизированы с
помощью компьютеров? Какие категории программных средств для этого
необходимы?
Назовите основные категории программного обеспечения, относящиеся к классуграфических редакторов. В чем состоит принципиальная разница между этимикатегориями?
Что общего и в чем различие между понятиями программное обеспечение и информационное обеспечение средств вычислительной техники?

Вычислительная техника

Основные понятия.

Часто понятие «вычислительная техника» отождествляют с понятием «компьютер». В этом случае под данным понятием имеют ввиду следующее:

Определение: Компьютер (англ. computer – «вычислитель») – машина для проведения вычислений.

При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по заранее определённому алгоритму. Кроме того, большинство компьютеров способны сохранять информацию и осуществлять поиск информации, выводить информацию на различные виды устройств выдачи информации. Своё название компьютеры получили по своей основной функции – проведению вычислений. Однако в настоящее время лучше сказать, что основные функции компьютеров – обработка информации и управление.

Основные принципы : Выполнение поставленных перед ним задач компьютер может обеспечивать при помощи перемещения каких-либо механических частей, движения потоков электронов, фотонов, квантовых частиц или за счёт использования эффектов от любых других хорошо изученных физических явлений.

Наибольшее распространение среди компьютеров получили так называемые «электронно-вычислительные машины», ЭВМ . Собственно, для подавляющего большинства людей, слова «электронно-вычислительные машины» и «компьютеры» стали словами – синонимами, хотя на самом деле это не так. Наиболее распространённый тип компьютеров – электронный персональный компьютер.

Архитектура компьютеров может непосредственно моделировать решаемую проблему, максимально близко (в смысле математического описания) отражая исследуемые физические явления. Так, электронные потоки могут использоваться в качестве моделей потоков воды при моделировании дамб или плотин. Подобным образом сконструированные аналоговые компьютеры были обычны в 60-х годах XX века, однако сегодня стали достаточно редким явлением.

В большинстве современных компьютеров проблема сначала описывается в математических терминах, при этом вся необходимая информация представляется в двоичной форме (в виде единиц и нулей), после чего действия по её обработке сводятся к применению простой алгебры логики. Поскольку практически вся математика может быть сведена к выполнению булевых операций, достаточно быстрый электронный компьютер может быть применим для решения большинства математических задач (а также и большинства задач по обработке информации, которые могут быть легко сведены к математическим).

Было обнаружено, что компьютеры всё-таки могут решить не любую математическую задачу. Впервые задачи, которые не могут быть решены при помощи компьютеров, были описаны английским математиком Аланом Тьюрингом.

Результат выполненной задачи может быть представлен пользователю при помощи различных устройств ввода-вывода информации, таких, как ламповые индикаторы, мониторы, принтеры и т. п.

Начинающие пользователи и особенно дети зачастую с трудом воспринимают идею того, что компьютер – просто машина и не может самостоятельно «думать» или «понимать» те слова, которые он показывает. Компьютер лишь механически отображает заданные программой линии и цвета при помощи устройств ввода-вывода. Человеческий мозг сам признаёт в изображённом на экране образы, числа или слова и придаёт им те или иные значения.

С точки зрения деления информатики на отдельные науки, говорят о науке «вычислительная техника».

Определение: Информатика и вычислительная техника – это область науки и техники, которая включает в себя совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленных на создание и применение:

· ЭВМ, систем и сетей;

· автоматизированных систем обработки информации и управления;

· систем автоматизированного проектирования;

· программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем.

Определение: Вычислительная техника – это

1) область техники, объединяющая средства автоматизации математических вычислений и обработки информации в различных областях человеческой деятельности;

2) наука о принципах построения, действия и проектирования этих средств.

§2. «Вычислительная техника» = «компьютер».

Этимология

Слово компьютер является производным от английских слов to compute , computer , которые переводятся как «вычислять», «вычислитель» (английское слово, в свою очередь, происходит от латинского computo – «вычисляю»). Первоначально в английском языке это слово означало человека, производящего арифметические вычисления с привлечением или без привлечения механических устройств. В дальнейшем его значение было перенесено на сами машины, однако современные компьютеры выполняют множество задач, не связанных напрямую с математикой.

Впервые трактовка слова компьютер появилась в 1897 году в Оксфордском английском словаре. Его составители тогда понимали компьютер как механическое вычислительное устройство. В 1946 году словарь пополнился дополнениями, позволяющими разделить понятия цифрового, аналогового и электронного компьютеров.

Классификации компьютеров

Четких границ между классами компьютеров не существует . По мере совершенствования структур и технологии производства, появляются новые классы компьютеров, границы существующих классов существенно изменяются.

Существуют различные классификации компьютерной техники:

I. по принципу действия

1. аналоговые (АВМ),

2. цифровые (ЦВМ)

3. гибридные (ГВМ)

II. по этапам создания (по поколениям)

1. 1-е поколение , 50-е гг.: ЭВМ на электронных вакуумных лампах;

2. 2-е поколение , 60-е гг.: ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах (транзисторах);

3. 3-е поколение , 70-е гг.: ЭВМ на полупроводниковых интегральных схемах с малой и средней степенью интеграции (сотни - тысячи транзисторов в одном корпусе); Примечание. Интегральная схема – электронная схема специального назначения, выполненная в виде единого полупроводникового кристалла, объединяющего большое число диодов и транзисторов.

4. 4-е поколение , 80-е гг.: ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах - микропроцессорах (десятки тысяч - миллионы транзисторов в одном кристалле);

5. 5-е поколение , 90-е гг.: ЭВМ со многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы;

6. 6-е и последующие поколения : оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой - с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

III. по назначению

1. универсальные (общего назначения),

2. проблемно-ориентированные

3. специализированные

1. Базовая ЭВМ .

2. Универсальная ЭВМ .

3. Специализированная ЭВМ .

1) Управляющая ЭВМ .

2) Бортовая ЭВМ .

3) Выделенная ЭВМ .

4) Бытовая (домашняя) ЭВМ .

IV. по размерам и функциональным возможностям

1. сверхбольшие (суперЭВМ),

2. большие,

4. сверхмалые (микроЭВМ)

1) универсальные

а) многопользовательские

б) однопользовательские (персональные)

2) специализированные

а) многопользовательские (серверы)

б) однопользовательские (рабочие станции)

V. По условиям эксплуатации компьютеры делятся на два типа:

1. офисные (универсальные);

2. специальные.

Следует отметить, что существуют и другие классификации. Например:

· по архитектуре.

· по производительности.

· по количеству процессоров.

· по потребительским свойствам.

Краткое описание классов компьютеров

По принципу действия

Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма представления информации, с которой они работают (смотри рисунок).

Рис. Две формы предоставления информации в машинах:

а – аналоговая; б – цифровая импульсная.

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.

Такие вычислительные машины часто называют ЭВМ (электронно-вычислительные машины, электронные вычислительные машины). Наиболее широкое применение получили ЦВМ с электрическим представлением дискретной информации – электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их цифровом характере.

В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.

ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.

Достоинства ЭВМ:

§ высокая точность вычислений;

§ универсальность;

§ автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;

§ разнообразие задач, решаемых ЭВМ;

§ независимость количества оборудования от сложности задачи.

Недостатки ЭВМ:

§ сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);

§ недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов;

§ сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;

§ требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной аппаратуры

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

Аналоговые вычислительные машины весьма просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них, как правило, нетрудоемкое; скорость решения задач изменяется по желанию оператора и может быть сделана сколь угодно большой(больше, чем у ЦВМ), но точность решения задач очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной логики.

Это вычислительная машина непрерывного действия, обрабатывающая аналоговые данные. Предназначена она для воспроизведения определенных соотношений между непрерывно изменяющимися физическими величинами. Основные области применения связаны с моделированием различных процессов и систем.

В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.

Достоинства АВМ:

§ высокая скорость решения задач, соизмеримая со скоростью прохождения электрического сигнала;

§ простота конструкции АВМ;

§ лёгкость подготовки задачи к решению;

§ наглядность протекания исследуемых процессов, возможность изменения параметров исследуемых процессов во время самого исследования.

Недостатки АВМ:

§ малая точность получаемых результатов (до 10%);

§ алгоритмическая ограниченность решаемых задач;

§ ручной ввод решаемой задачи в машину;

§ большой объём задействованного оборудования, растущий с увеличением сложности задачи

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме; они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Иногда такие машины называют «комбинированные вычислительные машины », «аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ) »

Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота программирования и универсальность. Основной операцией является интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.

В таких машинах числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).

По этапам создания

Деление компьютерной техники на поколения – весьма условная, нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.

Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.

ЭВМ I-го поколения [ first-generation computer ]

К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов.

Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп , что делало их ненадежными – лампы приходилось часто менять.

Рис. Электронная лампа

Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами , которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла .

Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.

Рис. Перфокарта

Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду.

Но это только техническая сторона. Очень важна и другая – способы использования компьютеров, стиль программирования, особенности математического обеспечения.

Программирование выполнялось на языках программирования низкого уровня. Программы для этих машин писались на языке конкретной машины . Математик, составивший программу, садился за пульт управления машины, вводил и отлаживал программы и производил по ним счет. Процесс отладки был наиболее длительным по времени.

Несмотря на ограниченность возможностей, эти машины позволили выполнить сложнейшие расчёты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др.

Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета.

Рис. а – Компьютер "Эниак", б – ЭВМ «Урал»

Эти проблемы начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования . Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров.

Отечественные машины первого поколения: МЭСМ (малая электронная счётная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20.

ЭВМ II -го поколения [second -generation computer ]

Машины этого поколения были сконструированы примерно в 1955-65 годах.

В 1958 г . в ЭВМ (ЭВМ II-го поколения) были применены полупроводниковые транзисторы , изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли.

История изобретения:

· 1 июля 1948 года на одной из страниц «New York Times», посвященной радио и телевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма «Белл телефон лабораториз» разработала электронный прибор, способный заменить электронную лампу. Физик-теоретик Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Браттэйн создали первый действующий транзистор. Это был точечно-контактный прибор, в котором 2 металлических «усика» контактировали с бруском из поликристаллического германия.

· Созданию транзистора предшествовала упорная, почти 10-летняя работа, которую в 1938 или 1939 году начал физик-теоретик Уильям Шокли. Впрочем, если быть точнее, история транзистора началась гораздо раньше. Еще в 1906 году француз Пикар предложил кристаллический детектор, затем в 1922 году советский радиофизик О.В. Лосев показал возможность усиления и генерирования колебаний с помощью таких детекторов. Спустя 3 года профессор Лейпцигского университета Юлиус Лилиенфельд попытался создать усилительный полупроводниковый прибор. Однако эти эксперименты были забыты. О них вспомнили лишь после того, как транзистор завоевал всемирное признание.

· Произошло это, кстати, довольно быстро. После нескольких лет поисков технологии изготовления полупроводниковых приборов и изобретения новых конструкций (в частности, плоскостного транзистора, запатентованного У. Шокли в 1951 году) целый ряд американских фирм приступил к серийному выпуску транзисторов, которые на первых порах использовались в основном в аппаратуре радио и связи.

Транзисторы были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить ~ 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.

При этом сначала в этих компьютерах применялись как электронные лампы, так и дискретные транзисторные логические элементы. Позже дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы .

§ В качестве носителей информации использовались магнитные ленты ("БЭСМ-6", "Минск-2","Урал-14") и магнитные сердечники .

§ Их оперативная памят ь была построена на магнитных сердечниках .

§ Стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски .

§ В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня . Средства таких языков допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде . Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами , переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык.

§ Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач.

§ Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ . Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.Таким образом, операционная система является программным расширением устройства управления компьютера. Для некоторых машин второго поколения уже были созданы операционные системы с ограниченными возможностями.

§ Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость , которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

§ Быстродействие – до сотен тысяч операций в секунду.

§ Ёмкость памяти – до нескольких десятков тысяч слов.

Особенности, отличие от первого поколения.

1. Более высокая надежность.

2. Меньшее потребление энергии.

3. Более высокое быстродействие за счет:

· Повышение скорости переключения счетных и запоминающих элементов

· Изменения в структуре машин.

Рис. а – Транзистор, б – память на магнитных сердечниках

Уже начиная со второго поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей. Так, небольшие отечественные машины второго поколения (“Наири”, “Раздан”, “Мир” и др.) с производительностью порядка 10 4 операций в секунду были в конце 60-х годов вполне доступны каждому вузу, в то время как упомянутая выше БЭСМ-6 имела профессиональные показатели (и стоимость) на 2 – 3 порядка выше.

Рис. БЭСМ-6.

ЭВМ III -го поколения [third-generation computer ]

В 1960 г. появились первые интегральные схемы (ИС), которые получили широкое распространение в связи с малыми размерами, но громадными возможностями.

Рис. Интегральные схемы

ИС (интегральная схема) – это кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм 2 . Первая ИС способна заменить десятки тысяч транзисторов. Один кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный “Эниак”. А компьютер с использованием ИС достигает производительности в 10 млн. операций в секунду.

В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.

Машины третьего поколения – это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

Примеры машин третьего поколения – семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

Первые интегральные схемы (ИС)

Первая интегральная схема, разработанная в 1960 году, была прототипом современных микрочипов. Интегральная схема состоит из миниатюрных транзисторов и других элементов, монтируемых на кремниевом кристаллике.

37 лет назад, в 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.

Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью. Глава фирмы IBM Томас Уотсон-младший назвал появление данного семейства машин "самым важным событием в истории компании". Первые образцы машин серии IBM 360 поступили к заказчикам во второй половине 1965 года, а к 1970 году фирма разработала около 20 моделей, однако некоторые из них так и не были доведены до серийного производства (Всего было выпущено более 33 тыс. машин этого семейства).

При создании моделей семейства использовался ряд новых принципов, что делало машины универсальными и позволяло с одинаковой эффективностью применять их как для решения задач в различных областях науки и техники, так и для обработки данных в сфере управления и бизнеса (число 360 в названии серии указывает на способность машин работать во всех направлениях – в пределах 360°). Наиболее важными из нововведений являлись:

· элементная и технологическая база машин третьего поколения;

· программная совместимость всех моделей семейства;

· операционная система, содержащая трансляторы для наиболее распространенных в то время языков программирования (Фортран, Кобол, RPG, Алгол 60, ПЛ/1), причем имелась возможность включать в систему трансляторы для других языков;

· "универсальность" системы команд, которая обеспечивалась путем добавления дополнительных команд для различных целей к так называемой стандартной системе команд;

· возможность подключения большого количества внешних устройств и стандартного сопряжения этих устройств с процессором через аппаратуру каналов связи (при этом имелась возможность объединять несколько машин в одну вычислительную систему);

· организация памяти, не зависящая от физической реализации, обеспечивающая простое перемещение и гибкую защиту программ;

· мощная система аппаратно-программных прерываний, позволявшая организовать эффективную работу машин в реальном масштабе времени. Создание моделей серии IBM 360 оказало существенное влияние на весь ход развития компьютерной техники. Структура и архитектура этих машин с теми или иными изменениями в элементной базе были воспроизведены в ряде семейств ЭВМ многих стран.

ЭВМ III-го поколения. В 1960 г . появились первые интегральные схемы (ИС) , которые получили широкое распространение в связи с малыми размерами, но громадными возможностями.

· Компьютер с использованием ИС достигает производительности в 10 млн. операций в секунду .

· В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.

· Машины третьего поколения - это семейства машин с единой архитектурой , т.е. программно совместимых .

· В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы , которые также называются микросхемами .

· Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы .

· Они обладают возможностями мультипрограммирования , т.е. одновременного выполнения нескольких программ.

ЭВМ IV-го поколения [fourth-generation computer ]

В начале 70-х годов начали использовать средние интегральные схемы. А позже – большие интегральные схемы.

Помимо изменения элементно-технологической базы, появились новые идеи по структуре вычислительных машин, программированию, использованию и эксплуатации вычислительных систем и т.п.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см 2 .).

БИСы применялись уже в таких компьютерах, как “Иллиак”, ”Эльбрус”, ”Макинтош”. Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ (оперативной памяти) возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

C точки зрения структуры: машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы , работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Ёмкость оперативной памяти порядка 1 – 64 Мбайт.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) – ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры – IBM PC.

Для них характерны:

· применение персональных компьютеров;

· телекоммуникационная обработка данных;

· компьютерные сети;

· широкое применение систем управления базами данных;

· элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

ЭВМ четвертого поколения– используют большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС), виртуальную память , многопроцессорный с параллельным выполнением операций принцип построения, развитые средства диалога .

ЭВМ V-го поколения [fourth-generation computer ], ЭВМ VI-го поколения и так далее

ЭВМ пятого поколения– 90-е гг.: ЭВМ со многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы.

ЭВМ шестого поколения и последующие поколения: оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет по сравнению с предшествующим существенно лучшие характеристики. Так, производительность ЭВМ и емкость всех запоминающих устройств увеличиваются, как правило, больше чем на порядок.

Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения (и последующих) является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров – устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником человеку во всех областях.

Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции , использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография ).

Происходит качественный переход от обработки данных к обработке знаний .

Предполагается, что архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два основных блока. Один из них – это традиционный компьютер. Но теперь он лишён связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином «интеллектуальный интерфейс» . Его задача – понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.

Будет также решаться проблема децентрализации вычислений с помощью компьютерных сетей, как больших, находящихся на значительном расстоянии друг от друга, так и миниатюрных компьютеров, размещённых на одном кристалле полупроводника.

По назначению

Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно-технических задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

Характерными чертами универсальных ЭВМ являются:

• высокая производительность;

• разнообразие форм обрабатываемых данных: двоичных, десятичных, символьных, при большом диапазоне их изменения и высокой точности их представления;

• обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических, логических, так и специальных;

• большая емкость оперативной памяти;

• развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств.

Проблемно-ориентированные ЭВМ служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами.

К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы.

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.

К специализированным ЭВМ можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

Базовая ЭВМ [original computer ] – ЭВМ, являющаяся начальной исходной моделью в серии ЭВМ определенного типа или вида.

Универсальная ЭВМ [universal computer ] – ЭВМ, предназначенная для решения широкого класса задач. ЭВМ этого класса имеют разветвленную и алгоритмически полную систему операций, иерархическую структуру ЗУ и развитую систему устройств ввода-вывода данных.

Специализированная ЭВМ [specialized computer ] – ЭВМ, предназначенная для решения узкого класса определенных задач. Характеристики и архитектура машин этого класса определяются спецификой задач, на которые они ориентированы, что делает их более эффективными в соответствующем применении по отношению к универсальным ЭВМ . К разряду специализированных могут быть отнесены, в частности, – “управляющие”, “бортовые“, “бытовые“ и “выделенные“ ЭВМ.

Управляющая ЭВМ [control computer ] – ЭВМ, предназначенная для автоматического управления объектом (устройством, системой, процессом) в реальном масштабе времени. Сопряжение ЭВМ с объектом управления производится с помощью аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей .

Относительно недавно в обиходе появился термин «вычислительная техника». Это обозначение изначально совершено не подразумевало всех тех аспектов, которые вкладываются в него сегодня. И, к сожалению, большинство людей почему-то считают, что компьютеры и вычислительная техника - слова-синонимы. Это явное заблуждение.

Вычислительная техника: значение слова

Трактовать значение этого термина можно совершенно по-разному, тем более что разные словари толковать его могут в различных интерпретациях.

Однако если подойти к вопросу как бы с неким обобщением, можно смело утверждать, что вычислительная техника - это технические устройства с набором неких математических средств, приемов и методов для автоматизации (или даже механизации) обработки какой-либо информации и процессов вычислений или описания того или иного явления (физического, механического и т. д.).

это что такое в широком понимании?

Вычислительная техника известна человечеству достаточно давно. Самыми примитивными устройствами, которые появились за сотни лет до нашей эры, можно назвать, например, те же китайские счеты или римский абак. Уже во второй половине нынешнего тысячелетия появились такие устройства, как шкала Неппера, арифмометр Шиккарда, счетная и т. д. Посудите сами, сегодняшние аналоги в виде калькуляторов тоже смело можно отнести к одной из разновидностей вычислительной техники.

Тем не менее трактовка этого термина приобрела более расширенное значение с появлением первых ЭВМ. Случилось это в 1946 году, когда в США была создана первая ЭВМ, обозначавшаяся аббревиатурой ЭНИАК (в СССР такое устройство было создано в 1950 году и носило название МЭСМ).

На сегодняшний день трактовка расширилась еще больше. Таким образом, на современном этапе развития технологий можно определить, что вычислительная техника - это:

• компьютерные системы и средства управления сетями;
• автоматизированные системы управления и обработки данных (информации);
• автоматизированные средства проектирования, моделирования и прогнозирования;
• системы разработки программного обеспечения и т.д.

Средства для вычислений

Теперь посмотрим, что собой представляют средства вычислительной техники. В основе любого процесса лежит информация или, как принято сейчас говорить, данные. Но понятие информации считается достаточно субъективным, поскольку для одного человека какой-то процесс может нести смысловую нагрузку, а для другого - нет. Таким образом, для унификации данных был разработан который воспринимается любой машиной и применяется для обработки данных наиболее широко.

Среди самих средств можно выделить технические устройства (процессоры, память, устройства ввода/вывода) и программное обеспечение, без которого все это «железо» оказывается совершенно бесполезным. Тут отдельно стоит отметить, что вычислительная система имеет ряд характерных признаков, например, целостность, организованность, связанность и интерактивность. Есть еще и так называемые вычислительные комплексы, которые относят к многопроцессорным системам, обеспечивающим надежность и повышенный уровень производительности, недоступный обычным однопроцессорным системам. И только в общей связке «железа» и софта можно говорить о том, что они и являются основными средствами вычислений. Естественно, можно сюда добавить и методики, по которым производится математическое описание того или иного процесса, но это может занять достаточно длительное время.

Устройство современных компьютеров

Исходя из всех этих определений, можно описать и работу современных компьютеров. Как уже было сказано выше, они сочетают в себе аппаратную и программную части, причем одна без другой функционировать не может.

Таким образом, современный компьютер (вычислительная техника) - это совокупность технических устройств, обеспечивающих функционирование программной среды для выполнения определенный задач, и наоборот (совокупность программ для работы «железа»). Наиболее правильным является первое утверждение, а не второе, ведь в конечном итоге этот набор нужен именно для обработки входящей информации и вывода результата.

(вычислительная техника) включает в себя несколько основных компонентов, без которых не обходится ни одна система. Сюда можно отнести материнские платы, процессоры, жесткие диски, оперативную память, мониторы, клавиатуры, мыши, периферию (принтеры, сканеры и т.д.), дисководы и др. В плане программного обеспечения первое место занимают операционные системы и драйверы. В операционных системах работают прикладные программы, а драйверы обеспечивают корректное функционирование всех «железных» устройств.

Несколько слов о классификации

Современные вычислительные системы можно классифицировать по нескольким критериям:

• принцип действия (цифровые, аналоговые, гибридные);
• поколения (этапы создания);
• назначение (проблемно-ориентированные, базовые, бытовые, выделенные, специализированные, универсальные);
• возможности и размеры (супербольшие, супермалые, одно- или многопользовательские);
• условия применения (домашние, офисные, производственные);
• другие признаки (количество процессоров, архитектура, производительность, потребительские свойства).

Как уже понятно, четких границ в определении классов провести нельзя. В принципе, любое разделение современных систем на группы все равно выглядит чисто условным.

Для эффективного изучения прикладных компьютерных технологий чрезвычайно важно иметь четкое представление об аппаратных и программных средствах вычислительной техники. Состав вычислительной техники называется конфигурацией . Аппаратные и программные средства вычислительной техники принято рассматривать отдельно. Соответственно, отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию и их программную конфигурацию. Такой принцип разделения имеет для информатики особое значение, поскольку очень часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критериями выбора аппаратного или программного решения являются производительность и эффективность. Например, или текст набирать в текстовом редакторе, или использовать сканер.

Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера

Персональный компьютер – универсальная техническая система. Его конфигурацию (состав оборудования) можно гибко изменять по мере необходимости. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации , которую считают типовой, т.е. минимальный набор оборудования. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. Понятие базовой конфигурации может меняться. В настоящее время в базовой конфигурации рассматривают следующие устройства (рис. 2.1.):

Давайте ознакомимся с его частями.

К основным техническим средствам персонального компьютера относятся:

- системный блок;

- монитор (дисплей) ;

- клавиатура.

Дополнительно к компьютеру можно подключить, например:

- принтер;

- мышь;

- сканер ;

- модем (модулятор-демодулятор);

- графопостроитель;

- джойстик и т.д.

Системный блок

Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Системный блок (см. рис. 2.2., 2.3.)- это корпус, в котором находится почти вся аппаратная часть компьютера.

Устройства, находящиеся внутри системного блока называют внутренними, а устройства, подключаемые к нему снаружи, называют внешними. Внешние дополнительные устройства, также называют периферийными.

Внутреннее устройство системного блока:

· материнская плата;

· жесткий диск:

· дисковод гибких дисков;

· дисковод компакт-дисков CD-ROM;

· видеокарта (видеоадаптер);

· звуковая карта;

· блок питания.

Системы, расположенные на материнской плате :

· оперативная память;

· процессор;

· микросхема ПЗУ и система BIOS;

· шинные интерфейсы и др.

Магнитные диски, в отличие от оперативной памяти, предназначены для постоянного хранения информации.

В ПК применяются два вида магнитных дисков:

· жесткий несменный диск (винчестер);

· сменные, гибкие диски (дискеты).

Жесткий диск предназначен для постоянного хранения той информации, которая более или менее часто используется в работе: программ операционной системы, компиляторов с языков программирования, сервисных (обслуживающих) программ, прикладных программ пользователя, текстовых документов, файлов базы данных и т. Винчестер значительно превосходит гибкие диски по скорости доступа, емкости и надежности.