Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Тема 1.1 КЛАССИФИКАЦИЯ, СОСТАВ И СТРУКТУРА ЭВМ





Образовательные результаты З1, З2

План:

1.Классификация ЭВМ.

2.Классификация ПЭВМ.

3.Основные виды и принципы архитектуры ЭВМ.

4.Состав и назначение устройств персонального компьютера (ПК).

 

Классификация ЭВМ

Электронная вычислительная машина, компьютер – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.
Классификация ЭВМ по принципу действия

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) – вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной (цифровой) форме. ЦВМ отличаются высокой точностью вычисления и удобством хранения информации.

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного рядя значений какой-либо физической величины. АВМ просты и удобны в эксплуатации, характеризуются высоким быстродействием и относительно высокой тонностью.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) – вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной в цифровой и аналоговой форме. Они совмещают преимущества ЦВМ и ГВМ.

Классификация ЭВМ по этапам создания

1-е поколение, 50-е годы. ЭВМ на электронных вакуумных лампах.

2-е поколение, 60-е годы. ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах.

3-е поколение, 70-е годы. ЭВМ на полупроводниковых интегральных микросхемах малой и средней степени интеграции (сотни - тысячи элементов на кристалл).

4-е поколение, 80-е годы. ЭВМ на больших и сверхбольших интегральных схемах.

5-е поколение 90-е годы. ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров. ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой.



6-е и последующее поколения, оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной сетью большого числа не сложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Классификация по поколениям

Деление компьютерной техники на поколения — на самом деле весьма условная, нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея классифицировать машины по поколениям вызвана " 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 ее структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
1.Компьютеры первого поколения. К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х гг. В их схемах использовались электронные лампы. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые мог 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. Быстродействие — порядка 10-20 тыс. операций в секунду.
Но это только техническая сторона. Очень важна и другая — способы использования компьютеров, стиль программирования, особенности их математического обеспечения. 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 расчеты, 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. Эти трудности начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность ее использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить ее к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров. Отечественные машины первого поколения: МЭСМ (малая электронная счетная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20.

2.Компьютеры второго поколения. Второе поколение компьютерной техники — машины, сконструированные примерно в 1955—1965 гг. Характеризуются использованием в них как электрон-1цк ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов. Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках. В это время стал расширяться Диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски. Быстродействие — до сотен тысяч операций в секунду, емкость памяти — до нескольких десятков тысяч слов.
Появились так называемые языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легковоспринимаемым виде. Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются торами, переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык. Появились широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач; мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. На основе мониторных систем в дальнейшем были созданы современнее операционные системы.
Операционная система - важнейшая часть программного обеспечения компьютера, предназначенная для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных операций обслуживания. Таким образом, операционная система является программным расширением устройства управления компьютера.
Для некоторых машин второго поколения 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 гг. наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.
3.Компьютеры третьего поколения. Машины третьего поколения созданы примерно после 60-х гг. Поскольку процесс создания компьютерной техники шел непрерывно и в нем участвовало множество людей из разных стран, имеющих дело с решением различных проблем, трудно и бесполезно пытаться установить, когда поколение начиналось и заканчивалось. Возможно, наиболее важным критерием различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры. 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, EC 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. Емкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.
4.Компьютеры четвертого поколения. Четвертое поколение — это поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 г. Наиболее важный в концептуальном отношении критерий, по которому эти компьютеры можно отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что машины четвертого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.
В аппаратурном отношении для машин четвертого поколения характерно широкое использование интегральных схем в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой емкостью в десятки мегабайт.
С точки зрения структуры компьютеры этого поколения представляют сомногопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память
общее поле внешних устройств. Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, емкость оперативной памяти — порядка 1-64 Мбайт. Для компьютеров четвертого поколения характерны:

ü применение персональных компьютеров;

ü телекоммуникационная обработка данных;

ü объединение в компьютерные сети;

ü широкое использование систем управления базами данных;

ü элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

5. Компьютеры пятого поколения. Тактовая частота Pentium V составит 5-7 гигагерц, объём КЭШа второго уровня — два мегабайта. Процессор будет изготовлен по 90-нанометровому технологическому процессу. Устройство процессора позволяет крепить к нему дополнительный модуль, обеспечивающие 64-битные расширения.
Три концептуальные модели Pentium V были представлены на выставке Computex на Тайване. Следующий процессор Pentium VI Nehalem ожидается, идея заключается в том, чтобы, приобретая 32-х битный модуль, пользователь мог при необходимости наращивать его для получения 64-х битного процессора. Pentium V сможет работать с частотой системной шины до 4000 МГц, хотя столь высокая частота может быть отложена для последующих процессоров, таких как Nehalem.
Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). Развитие идет также по пути «интеллектуализации» компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером.
Классификация по условиям эксплуатации.
По условиям эксплуатации компьютеры делятся на два

ü офисные (универсальные);

ü специальные.

Офисные компьютеры предназначены для решения широкого класса задач при нормальных условиях эксплуатации.
Специальные компьютеры служат для решения более узкого класса задач или даже одной задачи, требующей многократного решения, и функционируют в особых условиях эксплуатации. Машинные ресурсы специальных компьютеров часто ограничены. Однако их узкая ориентация позволяет реализовать класс задач наиболее эффективно.
Специальные компьютеры управляют технологическими установками, работают в операционных или машинах «скорой помощи», на ракетах, самолетах и вертолетах, вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, в не отапливаемых помещениях, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т. п. Существует много моделей таких компьютеров. Познакомимся с одной из них.
Компьютер Ergotouch (Эрготач) исполнен в литом алюминиевом, полностью герметичном корпусе, который легко открывается для обслуживания. Стенки компьютера поглощают практически все электромагнитные излучения как внутри, так и снаружи. Машина оборудована экраном, чувствительным к прикосновениям. Компьютер можно, не выключая, мыть из шланга, дезинфицировать, дезактивировать, обезжиривать. Высочайшая надежность позволяет использовать его как средство управления и контроля технологическими процессами в реальном времени. Компьютер легко входит в локальную сеть предприятия.
Важное направление в создании промышленных компьютеров — разработка операторского интерфейса — пультов управления, дисплеев, клавиатур и указательных устройств во всевозможных исполнениях. От этих изделий напрямую зависит комфортность и результативность труда операторов.
Классификация по производительности и характеру использования.
По производительности и характеру использования компьютеры можно условно подразделить на:

ü микрокомпьютеры, в том числе персональные компьютеры;

ü мини-компьютеры;

ü мэйнфреймы (универсальные компьютеры);

ü суперкомпьютеры.

Микрокомпьютеры — это компьютеры, в которых центральный процессор выполнен в виде микропроцессора. Современные модели микрокомпьютеров имеют несколько микропроцессоров. Производительность компьютера определяется не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и емкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством Конструктивных решений и др. Микрокомпьютеры представляют собой инструменты для решения разнообразных сложных задач. Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства — эффективность. Быстродействие — порядка 1 — 10 млн. операций в секунду.
Персональные компьютеры (ПК) - это микрокомпьютеры универсального назначения, рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком.
В класс персональных компьютеров входят различные машины - от дешевых домашних и игровых с небольшой оперативной памятью, с памятью программы на кассетной ленте и обычным телевизором в качестве дисплея до сверхсложных машин с мощным процессором, винчестерским накопителем емкостью в десятки гигабайт, с цветными графическими устройствами высокого разрешения, средствами мультимедиа и другими дополнительными устройствами.
Персональный компьютер имеет следующие характеристики:

ü стоимость от нескольких сотен до 5—10 тыс. долларов;

ü наличие внешних ЗУ на магнитных дисках;

ü объем оперативной памяти не менее 4 Мбайт;

ü наличие операционной системы;

ü способность работать с программами на языках высокого уровня;

ü ориентация на пользователя-непрофессионала (в простых моделях).

Мини-компьютерами и суперминикомпьютерами называются машины, конструктивно выполненные в одной стойке, т. е. занимающие объем порядка половины кубометра. Сейчас компьютеры этого класса вымирают, уступая место микрокомпьютерам.
Мэйнфреймы предназначены для решения широкого класса научно- технических задач и являются сложными и дорогими машинами. Их целесообразно применять в больших системах при наличии не менее 200-300 рабочих мест. Централизованная обработка данных на мэйнфрейме обходится примерно в 5-6 раз дешевле, чем распределенная обработка при клиент-серверном подходе. Известный мэйнфрейм S/390 фирмы IBM обычно оснащается не менее чем тремя процессорами. Максимальный объем оперативного хранения достигает 342 Тбайт. Производительность его процессоров, пропускная способность каналов, объем оперативного хранения позволяют наращивать число рабочих мест в диапазоне от 20 до 200 000 с помощью простого добавления процессорных плат, модулей оперативной памяти и дисковых накопителей. Десятки мэйнфреймов могут работать совместно под управлением одной операционной системы над выполнением единой задачи.
Суперкомпьютеры - это очень мощные компьютеры с производительностью свыше 100 мегафлоп (1 мегафлоп - миллион операций с плавающей точкой в секунду). Они называются сверхбыстродействующими. Эти машины представляют собой многопроцессорные и (или) многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Различают суперкомпьютеры среднего класса, класса выше среднего и переднего края(High end). Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами — векторами и матрицами. В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Наиболее распространенные суперкомпьютеры - массово-параллельные компьютерные системы. Они имеют десятки тысяч процессоров, взаимодействующих через сложную, иерархически организованную систему памяти.
Суперкомпьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве централизованных хранилищ информации и т. д. Элементная база — микросхемы сверхвысокой степени интеграции.
Типы портативных компьютеров.
Портативные компьютеры обычно нужны руководителям предприятий, менеджерам, ученым, журналистам, которым приходится работать вне офиса — на презентациях или во время командировок. Микрокомпьютер, настольный или портативный компьютер, который использует микропроцессор в качестве единственного центрального процессора, выполняющего все логические и арифметические операции. Микрокомпьютеры относят к вычислительным машинам четвертого и пятого поколения. Помимо ноутбуков, к переносным микрокомпьютерам относят и карманные компьютеры — палмтопы. Основными признаками микрокомпьютеров являются шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств, ориентация на широкий круг потребителей.

Классификация ЭВМ по назначению

Универсальные ЭВМ – для решения широкого круга задач.

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.

Специализированные ЭВМ – используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций.

Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям.

Супер ЭВМ - вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров. Из-за большой гибкости самого термина до сих пор распространены довольно нечёткие представления о понятии «суперкомпьютер». В общем случае, суперкомпьютер — это компьютер значительно более мощный, чем доступные для большинства пользователей машины. При этом, скорость технического прогресса сегодня такова, что нынешний лидер легко может стать завтрашним аутсайдером. Архитектура также не может считаться признаком принадлежности к классу суперкомпьютеров. Ранние компьютеры CDC были обычными машинами, всего лишь оснащёнными быстрыми для своего времени скалярными процессорами, скорость работы которых была в несколько десятков раз выше, чем у компьютеров, предлагаемых другими компаниями. Большинство суперкомпьютеров 70-х оснащались векторными процессорами, а к началу и середине 80-х небольшое число (от 4 до 16) параллельно работающих векторных процессоров практически стало стандартным суперкомпьютерным решением. Конец 80-х и начало 90-х годов охарактеризовались сменой магистрального направления развития суперкомпьютеров от векторно-конвейерной обработки к большому и сверхбольшому числу параллельно соединённых скалярных процессоров.

Классификация ПЭВМ

Международная классификация ПЭВМ

ü массовые;

ü офисные (деловые);

ü портативные;

ü рабочие станции;

ü развлекательные.

ПЭВМ относится к классу микро ЭВМ и является машиной инди­видуального пользования. Это общедоступный и универсальный ин­струмент, многократно повышающий производительность интеллек­туального труда специалистов различного профиля. ПЭВМ предна­значена для автономной работы в диалоговом режиме с пользовате­лем. Общедоступность ПЭВМ определяется сравнительно низкой стоимостью, компактностью, отсутствием специальных требований как к условиям эксплуатации, так и степени подготовленности поль­зователя.

Основой ПЭВМ является микропроцессор (МП). Развитие техни­ки и технологии

ü микропроцессоров определило смену поколений ПЭВМ:

ü первое поколение (1975—1980 гг.) — на базе 8-разрядного МП;

ü второе поколение (1981—1985 гг.) — на базе 16-разрядного МП;

ü третье поколение (1986—1992 гг.) — на базе 32-разрядного МП;

ü четвертое поколение (1993 г. — по настоящее время) — на базе 64-разрядного МП.

Большую роль в развитии ПЭВМ сыграло появление компьютера IBM PC, произведенного корпорацией IBM (США) на базе микро­процессора InteI-8086 в 1981г. Этот персональный компьютер занял ведущее место на рынке ПЭВМ. Его основное преимущество — так называемая «открытая архитектура», благодаря которой пользователи: могут расширять возможности приобретенной ПЭВМ, добавляя раз­личные периферийные устройства и модернизируя компьютер. В дальнейшем другие фирмы начали создавать компьютеры, со­вместимые с IBM PC и, таким образом, компьютер IBM PC стал как бы стандартом класса ПЭВМ. В наши дни около 85 % всех продавае­мых ПЭВМ базируется на архитектуре IBM PC.

Бытовые ПЭВМ предназначены для массового потребителя, поэтому они должны быть достаточно дешевыми, надежными и иметь, как правило, простейшую базовую конфигурацию. Бытовые ПЭВМ используются в домашних условиях для развлечений (видеоигры), для обучения и тренировки, управления бытовой техни­кой. Однако архитектура этих машин позволяет подключать их к ка­налам связи, расширять набор периферийного оборудования. При некоторой модернизации эти модели могут использоваться для инди­видуальной обработки текста, решения небольших научных и инже­нерных задач (например, отечественная ПЭВМ «Амата»). Бытовые ПЭВМ снабжаются пакетом игр, программным обеспечением ло­кальной сети и др. Фирмы предлагают за дополнительную плату на­растить комплектность компьютера НЖМД типа «винчестер», музы­кальной картой, монитором и т.д. Модель «Амата» легко превраща­ется в ПЭВМ общего назначения.

Персональные ЭВМ общего назначения применяются для решения задач научно-технического и экономического характера, а также для обучения и тренировки. Они размещаются на рабочих местах пользователей: на предприятиях, в учреждениях, в магазинах, на складах и т.п. Машины этого класса обладают достаточно большой емкостью оперативной памяти, имеют внешнюю память на гибких и жестких магнитных дисках, собственный дисплей. Интерфейсы позволяют подключать большое количество периферийных устройств, средства для работы в составе вычислительных сетей.

ПЭВМ общего назначения используются прежде всего пользова­телями-непрофессионалами. Поэтому они снабжаются развитым про­граммным обеспечением, включающим операционные системы, трансляторы с алгоритмических языков, пакеты прикладных про­грамм. В состав аппаратуры входят устройства для вывода как тек­стового, так и графического материала, принтеры с высоким качест­вом печати. Этот класс ПЭВМ получил наибольшее распространение на мировом рынке.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2019 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.