Сделай Сам Свою Работу на 5

ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ





Классификация средств вычислительной техники

Информация о событиях, процессах, состоянии объектов содержится в сигналах, приходящих от этих объектов. Сигналы, несущие информацию, могут быть непрерывными (аналоговыми) или дискретными (цифровыми).

В зависимости от формы обрабатываемых в вычислительных машинах сигналов различают (рис. 2.1): аналоговые вычислительные машины(АВМ); цифровые вычислительные машины (ЦВМ); гибридные вычислительные машины (ГВМ).

ВМ
ЦВМ
ГВМ
АВМ

 

 


Рис. 2.1. Классификация по форме обработки сигналов

 

В аналоговых вычислительных машинах величины, над которыми производятся действия, представляются (моделируются) некоторыми физическими величинами, например, током или напряжением в цепи. Их достоинство – высокая скорость работы.

Недостатки:

· малая точность вычислений, т. к. трудно установить и измерить напряжение или силу тока с высокой точностью;

· специализированный характер – схема и устройство машины обеспечивают решение задач определенного типа.

Если данные представляются кодом, состоящим из последовательности дискретных элементов, то вычислительные машины называются цифровыми вычислительными машинами. Ихдостоинства:



· точность вычислений не ограничена, так как конструкция машины может быть рассчитана на обработку чисел любой разрядности;

· универсальность: одна и та же машина может решать любые задачи.

Когда при обработке используются как аналоговое, так дискретное представление данных, говорят о гибридной вычислительной машине (ГВМ).

Принципы организации и функционирования ЭВМ

Джона фон Неймана

 

Впервые принципы структурной организации ЭВМ безотносительно к его элементной базе были сформулированы выдающимся немецким математиком Джоном фон Нейманом в1945году.

Согласно его трактовке ЭВМ состоит из следующих компонентов:

· центральный вычислительный блок, отвечающий за выполнение арифметических, логических и других операций;

· память, или запоминающее устройство компьютера – служит для хранения программ и данных;

· внешнее запоминающее устройство (массовое хранилище данных);



· устройство ввода информации;

· устройство вывода информации.

Современный компьютер строится по модели, предложенной фон Нейманом.

Джон фон Нейман сформулировал необходимость:

· использования двоичной системы счисления;

· иерархической организации памяти;

· создания арифметических устройств на основе схем, реализующих операции сложения и указание на то, что создание устройств для выполнения других операций не целесообразно;

· параллельной организации вычислений, когда операции над числами осуществляются одновременно по всем разрядам.

Одной из главных концепций Джона фон Неймана была концепция хранимой программы: программа хранится в памяти машины так же, как и числа. Это позволяет оперировать с программой, как с числами, что дает возможность изменять программу по ходу ее выполнения.

По идеям Джона фон Неймана разрабатывались ЭВМ:

· в 1947г. – ЭДВАК и ЭДСАК (Англия);

· в 1951 г. – СЕАК и УНИАК (США).

В функциональном отношении любая ЭВМ состоит из элементов, узлов и устройств.

Элемент – функциональная единица ЭВМ, выполняющая элементарнуюоперацию над одной или несколькими цифрами и представляющая законченную электрическую схему. Например: логические элементы, выполняющие функции алгебры логики: И, ИЛИ, НЕ и др.

Узел – функциональная единица ЭВМ, состоящая из элементов и выполняющая операции над одним или несколькими числами или словами. Например: сумматоры, счетчики, дешифраторы и др.

Устройство – функциональная единица ЭВМ, состоящая из элементов и узлов и выполняющая арифметические и логические операции, операции ввода-вывода данных и управления вычислительным процессом. Например: арифметические и запоминающие устройства, устройства управления, внешние устройства и др.



Обобщенная структура ЭВМ, характеристика и назначение основных устройств

 

ЭВМ – совокупность устройств, способная выполнять разнообразные операции без участия человека. Основными устройствами вычислительной машины являются: память, или запоминающее устройство (ЗУ); арифметическое устройство (АУ), называемое еще арифметико-логическим устройством (АЛУ); устройство управления (УУ); устройство ввода информации; устройство вывода информации. В современных моделях вычислительных машин устройство управления и арифметическое устройство объединяют вместе, называя их одним словом процессор. Каждое из этих устройств выполняет самостоятельные функции и соединено с другими устройствами линиями связи, по которым передаются управляющие и информационные сигналы (рис.2.2).

 

Внешнее запоминающее устройство
Данные

Управляющие

сигналы

Арифметическое устройство и устройство управления
Устройство вывода
Устройство ввода

 

 


Входная Выходная

информация информация

Оперативное запоминающее устройство

 


Рис.2.2. Структурная схема ЭВМ

Оперативная память ЭВМ разбивается на части – ячейки памяти. Ячейка – это участок памяти, предназначенный для хранения информации, которой может быть: команда, число, набор символов. Расположение информации в памяти определяется адресами (номерами) ячеек памяти. Каждый адрес служит именем ячейки.

Минимальной адресуемой единицей информации является байт. Байт состоит из восьми информационных и одного контрольного двоичных разрядов – битов (рис.2.3).

 

      К      
          8 информационных разрядов        
            Контрольный разряд    

Рис. 2.3. Структура байта

 

Основными обрабатываемыми в ЭВМ единицами информации являются: байт, полуслово, слово, двойное слово, любая группа байтов, число которых не превышает 256. При адресации группы байтов указывается адрес самого левого байта группы.

Полуслово – группа из двух последовательных байтов, адрес первого из которых кратен двум. Группу из четырех последовательных байтов при условии, что левый байт имеет адрес, кратный четырем, называют словом. Группу из восьми последовательных байтов, адрес которых кратен восьми, называют двойным словом. Внутри двойного слова биты нумеруются от 0 до 63, внутри слова – от 0 до 31, а полуслова – от 0 до 15. Поля переменной длины могут начинаться и кончаться любым адресом.

ЭВМ – комплекс технических средств, имеющих общее управление, обеспечивающий автоматическую обработку информации, представленной в цифровых кодах, по заданной программе.

Классификация ЭВМ

По функциональным возможностям ЭВМ делят на:

· малые (микро ЭВМ);

· средние (мини ЭВМ);

· большие (суперЭВМ).

Микро ЭВМ имеют невысокую производительность и применяются в небольших организациях. Они используются и для выполнения операций в различных приборах и устройствах.

Мини ЭВМ имеют производительность десятки миллионов операций в секунду и объем оперативной памяти не менее 512 Мбайт. На промышленных предприятиях эти ЭВМ обычно управляют производственными процессами. Ими также оснащают различные периферийные устройства больших ЭВМ. Первыми мини ЭВМ были компьютеры PDP-11 фирмы DEC (США).

Супер ЭВМ используются на крупных предприятиях. К ним относят компьютеры, имеющие следующие характеристики:

· производительность – свыше 10миллион операций в секунду;

· основная память ёмкостью порядка – 10 Гбайт;

· внешняя память – 50 Гбайт;

· многопользовательский режим работы – обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей.

По назначению ЭВМ делят на:

· универсальные

· специализированные.

Универсальные ЭВМ – предназначены для решения научно-технических, экономических, информационно-логических, математических и других задач. Их отличает высокая производительность, обширная номенклатура выполняемых операций, большая емкость оперативной памяти, развитая организация систем ввода-вывода. Они используются в вычислительных центрах коллективного пользования и крупных комплексах.

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций более эффективным методом. К ним относят бортовые компьютеры судов, автомобилей, самолетов, космических аппаратов. Они управляют средствами ориентации и навигации, осуществляют контроль состояния бортовых систем, выполняют функции связи и др.

К специализированным ЭВМ относят компьютеры, интегрированные в бытовую технику, например: СВЧ-печи, видеомагнитофоны, стиральные машины.

По конструкции и техническим параметрам ЭВМ делят на поколения. Под поколением ЭВМ понимают все типы, разработанные различными коллективами, выпускаемые в разных странах многими фирмами и предприятиями, но построенные на одних и тех же принципах. В основу деления машин на поколения кладут три основных показателя:

· техническая реализация (элементная база, технические параметры);

· внутренняя структура (архитектура и программное обеспечение);

· средства взаимосвязи пользователя с ЭВМ (языки и формы общения).

1 поколение – на электронных вакуумных лампах (50 г.г.);

2 поколение – на транзисторах – дискретных полупроводниковых приборах(60 г.г.);

3 поколение – на полупроводниковых интегральных схемах(сотни тыс. транзисторов) (70 г.г.).

4 поколение – на больших и сверхбольших интегральных схемах (млн. транзисторов) ( 80 г.г.).

5 поколение – с десяткамимикропроцессоров (90 г.г.);

6 поколение – оптоэлектронные ЭВМ, нейронной структуры(десятки тыс. микропроцессоров).

Есть и иная концепция деления ЭВМ на поколения, в основу которой положен интеллект – от бездумных калькуляторов до интеллектуальных систем.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.