Архитектура ЭВМ
Этапы развития вычислительной техники. Персональный компьютер IBM PC: принцип открытой архитектуры, основные узлы, назначение и характеристики, программное обеспечение. Современные системы программирования для персональных компьютеров, макроассемблеры.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.03.2011 |
| Размер файла | 21,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
1. Этапы развития вычислительной техники
2. Поколения ЭВМ
3. Архитектура ЭВМ
4. Персональный компьютер IBM PC: принцип открытой архитектуры, основные узлы, их назначение и характеристики
5. Программное обеспечение
Библиографический список
1. Этапы развития вычислительной техники
компьютер программное обеспечение
В истории развития вычислительной техники (ВТ) можно выделить 4 основных периода:
Домеханический (до 17 века);
Механический (17-19 век);
Электромеханический (19-середина 20 веков)
Электронный (середина 20 века по наши дни)
C древнейших времен человек конструирует себе в помощь различные приспособления для облегчения вычислений.
В 5 веке до н. э. греки и египтяне использовали абак - устройство, похожее на русские счеты, а китайцы - китайские счеты суан-пан.
В 1642 г. известный математик, физик, философ Блез Паскаль изобрел и изготовил механическое устройство-вычислитель, позволяющее складывать числа.
В 1673 году немецкий математик Лейбниц изобрел арифметическую машину, выполняющую все 4 арифметических действия.
В 1821 году известный конструктор Чарльз Томас усовершенствовал и наладил серийный выпуск счетного устройства, изобретенного Лейбницем, и назвал его арифмометром (этот прибор перемножал 2 восьмизначных числа за 18 секунд).
В 1823 г. английский математик Чарльз Беббидж изобрел первую программируемую вычислительную машину, содержащую все основные компоненты современных машин. Эту машину назвали аналитической машиной. Но проект Беббиджа намного опережал технические возможности своего времени и не был реализован. Однако программы для этой машины были созданы. Их составила первая женщина-программист дочь Джона Байрона герцогиня Ада Лавлейс (в честь ее назван язык программирования АДА). И лишь в 40 годах 20 века удалось создать такую машину на основе электромеханических реле (реле - это элемент, имеющий два рабочих состояния “включено”, “выключено”).
В конце 30-годов 20 века американцы Дж. Атанасов и К.Берри построили ЭВМ, включавшую в себя электронную память и электронное устройство сложения и вычитания, а также ряд механических компонент.
В 1946 году в США была создана первая полностью электронная вычислительная машина “ЭНИАК”, разработанная Джоном фон Нейманом.
В 1949 году подобная машина появилась в Англии под руководством Уилкса (Кембриджский университет) и называлась EDSAC.
В1950 году была создана в Киеве МЭСМ (малая электронно-счетная машина), а в 1952 году в Москве - БЭСМ (быстродействующая электронная счетная машина).
2. Поколения ЭВМ
С середины 50-х годов начался бурный рост вычислительной техники. Каждый этап развития ЭВМ определялся тем материалом, из которого они изготовлялись, т.е. элементной базой. Поэтому принято говорить о поколениях ЭВМ. Можно выделить 4 поколения ЭВМ:
1946-середина 50 х годов. Элементная база - электронно-вакумные лампы, быстродействие 10-20 тысяч операций (сложений и сдвигов) в секунду. Примеры: ЭНИАК, ЭДСАК, БЭСМ, МЭСМ, УРАЛ (1954 г.), М-20 (1957 г.), “Стрела”, “Минск-1”.
Середина 50 х до середины 60 х. Элементная база - полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды), быстродействие - 100000-1000000 операций в секунду. Примеры: RCA-501 (США 1959), Минск-22, Минск-32, М-220, Мир, Наири и др.
Середина 60 х - середина 70 х. Элементная база - интегральные схемы среднего уровня интеграции (ИС), быстродействие - сотни тысяч операций в секунду. Примеры: IBM-360 (США 1964), Урал-12, ЕС ЭВМ (машины единой серии), СМ ЭВМ (средние машины).
Середина 70 х до наших дней. Элементная база - большие интегральные схемы. Используются микропроцессоры (т.е. процессоры, размещенные на одном кристалле). Примеры: Эльбрус-2, М-10 (это большие ЭВМ), IBM PC 286, 386,486, Pentium (это персональные ЭВМ) и др. Сейчас разрабатываются ЭВМ на сверх больших интегральных схемах.
3. Архитектура ЭВМ
ЭВМ - это программируемое электронное устройство обработки и накопления информации.
По своим размерам, быстродействию (т.е. количеству выполняемых операций в секунду), объему памяти современные ЭВМ делятся на следующие классы:
СуперЭВМ (типа Cray и Эльбрус);
Большие ЭВМ (типа ЕС-1066);
Средние ЭВМ (типа ЕС-1022, IBM-360);
Мини-ЭВМ (типа Eclipc, PDP (СМ-ЭВМ));
МикроЭВМ или персональные компьютеры (типа “Электронника-60”, Celeron 650, Pentium III).
Микро ЭВМ или персональные компьютеры используются для автоматизации отдельных рабочих мест, для обработки деловой информации, в быту и т.д.
Мини ЭВМ имеют большое количество дополнительных устройств - это средства для автоматизации различных технологических процессов, научных исследований, проектно-конструкторских работ и т.д.
Средние и большие ЭВМ используются для решения задач управления производством, имеют большой объем памяти.
СуперЭВМ применяются в решении сложнейших народнохозяйственных задач и проведении научных экспериментов (космические проекты, геофизические исследования и т.д.).
Схема была предложена в 1946 году Джоном фон Нейманом (США). Т.о., в состав ЭВМ входят 5 основных устройств:
Устройство ввода служит для ввода исходной информации в ЭВМ
Устройство вывода служит для вывода результатов вычислений из памяти ЭВМ.
АЛУ служит для выполнения арифметических и логических операций над числами;
УУ служит для управления работой всего компьютера в процессе вычислений
ОЗУ служит для приема, хранения и выдачи чисел
Основной принцип работы ЭВМ был предложен также Джоном фон Нейманом и получил название принципа программного управления.
Принцип действия ЭВМ, согласно которому переработка машиной исходных данных в конечный результат производится в соответствии с заранее составленной и введенной в машину программой называется принципом программного управления.
4. Персональный компьютер IBM PC: принцип открытой архитектуры, основные узлы, их назначение и характеристики
Компьютер - это устройство для обработки и хранения информации. Фирма IBM разработала и выпустила на рынок несколько моделей IBM-совместимых компьютеров (IBM - PC, IBM - PC XT, IBM - PC AT). Персональные ЭВМ (типа IBM - РС) являются компьютерами с открытой архитектурой, т.е. компьютер не единое неразъемное устройство, а собран из независимо изготовленных частей, подобно конструктору.
Теперь рассмотрим основные и дополнительные технические средства персональной ЭВМ.
Основные технические средства:
1. Системный блок
2. Монитор
3. Клавиатура
4. Мышь
Системный блок содержит в себе средства обработки информации (процессор) хранения информации (оперативная память, винчестер) и частично ввода - вывода информации (дисководы).
Т.к. IBM - совместимые компьютеры обладают принципом открытой архитектуры, то главное в компьютере - это материнская (системная) плата, на которой размещены блоки, позволяющие обрабатывать информацию (процессор, сопроцессор), частично хранить информацию (оперативная память). Схемы, управляющие всеми остальными устройствами компьютера - монитором, дисками и др. реализованы на отдельных платах, которые вставляются в специальные разъемы - слоты. Отдельно имеется:
1. дисковод CD-ROM;
2. дисковод флоппи дисков (3,5 дюймовых дискет);
3. винчестер или жесткий диск (для долговременного хранения информации.
Жесткий диск находится внутри системного блока (поэтому никакая из его частей не видна на корпусе системного блока). Если снять верхнюю крышку герметично запаянного дисковода жесткого диска, то вы увидите сам диск и считывающую головку дисковода.
Ко всем электронным схемам подводится электрическое питание из единого блока питания, а для удобства и надежности все это заключается в общий корпус. Корпусы бывают двух видов: tower (вертикальное расположение) и desk-top (горизонтальное расположение).
Монитор бывает различных типов: EGA, VGA, Super VGA, LCD (жидкокристаллический). Главное, чем больше разрешающая способность (количество точек на экране) - тем более мелкие детали можно различить на экране.
Клавиатура предназначена для ввода информации в компьютер. Компьютеры снабжаются обычно 101-клавишной клавиатурой. Стандартная клавиатура IBM PC/AT во многом напоминает клавиатуру пишущей машинки и содержит дополнительные клавиши, имеющие специальное значение для MS-DOS и WINDOWS.
Мышь все больше становится неотъемлемой составной частью компьютера. Передвигая мышь по коврику на столе, мы одновременно управляем передвижением курсора на экране; нажатие на клавишу мыши вводит координаты курсора в работающую программу. Мыши обычно выпускаются трехклавишными, но большинство программ использует только две клавиши -- левую и правую. Чаще всего (но в зависимости от настройки компьютера) основной является левая клавиша, с помощью нее Вы управляете компьютером; дополнительной является правая клавиша, ее нажатие вызывает динамическое меню работы с объектом: своеобразной подсказки по возможным операциям. Мышь бывает механическая (как наша) и оптическая (ее работа основана на излучении светодиодами красного и инфракрасного цветов и принятием фотодетекторами отраженного света).
Дополнительные технические средства:
1. принтер (печать на бумажный носитель). Принтеры бывают матричные, струйные, лазерные и др.;
CD-ROM (устройство для чтения компакт-дисков);
видео карта;
звуковая карта;
модем (позволяет обмениваться информацией через телефонную сеть). Модемы бывают внешние и встроенные. Встроенные модемы размещаются в слоты на материнской плате и нее видны на внешней части корпуса;
6. сканер (позволяет считывать непосредственно в компьютер с бумаги рисунки, печатные, а иногда и рукописные тексты). Сканеры бывают ручные, листопротяжные, планшетные;
А также трекбол, стример, плоттер, магнитооптические диски и другие устройства.
5. Программное обеспечение
Компьютер представляет собой единство аппаратных средств (Hardware) и программных средств (Software).
Программное обеспечение - это то, что «оживляет» компьютер. Без программ машина представляла бы собой кучу ненужной дорогой электроники. Следовательно, для эффективного использования компьютера необходимо не только иметь аппаратную часть ЭВМ (“железо”), но иметь в наличии и знать назначение и свойства необходимых при работе с ним программ. Меняя программы, компьютер можно превратить в рабочее место бухгалтера или конструктора, учителя или врача, юриста или политика, статистика или агронома и т.д.
По функциональному назначению все программы, работающие в компьютере, можно разделить на три категории:
1. системные программы;
прикладные программы;
инструментальные системы (системы программирования).
Системные программы.
Число всех разновидностей системных программ велико. Они осуществляют проверку работоспособности и управление устройствами компьютера, выполняют различные вспомогательные функции (например, создание копий используемой информации, получение справочной информации о компьютере) и т.д. Опишем некоторые из них.
Встроенная система ввода-вывода (BIOS). Хранится в постоянной памяти компьютера. Она раскладывает до примитивных операций все команды, относящиеся к вводу или выводу данных из компьютера. Например, дисковод понимает только команды вида: поместить головку дисковода на определенную дорожку, считать сектор и т.п. Если каждая программа будет содержать в себе команды такого уровня, то она будет неэффективно работать и занимать много места. Также BIOS содержит в себе тест функционирования компьютера, проверяющий работу памяти и других устройств ЭВМ при включении электропитания. Помимо этого, BIOS осуществляет начальную загрузку операционной системы с диска А: или диска С: (в зависимости от установок SETUP) в оперативную память машины.
Операционная система. Является как бы прослойкой между базовой системой ввода-вывода BIOS и всеми остальными программами. Загружается автоматически при включении компьютера. Ее основные задачи:
осуществление диалога устройств компьютера с прикладными программами и пользователем,
распределение ресурсов компьютера (оперативной памяти, места на дисках и т.п.),
запуск прикладных программ и обработка запросов из этих программ на выполнение операций ввода-вывода,
предоставление пользователям возможностей общего управления машиной.
Наибольшее распространение на IBM-совместимых компьютерах получила операционная система MS-DOS, разработанная фирмой Microsoft Corporation. Помимо нее используются операционные системы: PC-DOS (фирма IBM), DR-DOS (фирма Digital Research), OS/2, UNIX, WINDOWS 98, WINDOWS 2000 и др.
Программы-оболочки. Их задача - максимально упростить диалог пользователя с компьютером (они обеспечивают более удобный и наглядный способ общения человека с компьютером, чем с помощью командной строки DOS).
Наиболее популярными на сегодняшний день являются программы-оболочки: Norton Commander, Dos Navigator, Volcov Commander, FAR. Часто также используются: XTree Pro Gold, PC Shell и др. Наряду с обычными программами-оболочками применяются операционные оболочки, которые не только дают пользователю более наглядные средства для выполнения часто используемых действий (графический интерфейс), но и предоставляют новые возможности для запускаемых прикладных программ (мультипрограммирование, т.е. возможность одновременного выполнения нескольких программ, и расширенные средства для обмена информацией между программами). Ярким примером операционной оболочки может служить Microsoft Windows 3.1, 3.11. Значительно реже используются операционные оболочки: DesqView, GEM, GeoWorks и др.
Драйверы. ЭВМ может иметь довольно большой набор внешних устройств (клавиатура, монитор, мышь, гибкие и жесткие диски, принтер и т.п.). Для управления их работой используются программы-драйверы. Каждому типу внешнего устройства сопоставляется свой драйвер. С помощью программ-драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся (драйверы стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему ввода-вывода (BIOS)). Примерами программ-драйверов могут служить:
- драйвер мыши -mouse.com
- драйвер клавиатуры - keyrus.com
- драйвер расширенной памяти - himem.sys
- драйвер таблицы знакогенератора - country.sys и др.
Утилиты. Это программы вспомогательного назначения.
Программы для диагностики компьютера позволяют проверить конфигурацию компьютера (количество памяти, типы дисков и т.п.), а также проверить работоспособность устройств компьютера (прежде всего жестких и гибких дисков). Большой популярностью пользуются программы: проверка конфигурации компьютера Check-It; проверка и лечение диска NDD (Norton Disk Doctor), проверка работоспособности диска Calibrate; диагностика системы NDIAGS; восстановление сбойных дисков DISKTOOL и др.
Программы для оптимизации дисков позволяют обеспечить более быстрый доступ к информации на диске за счет оптимизации размещения данных. В результате удаления файлов на диске образуются свободные области, которые заполняются при последующей записи новых файлов. Проблема заключается в том, что новый файл часто имеет размер, больший чем первая из свободных областей. В этом случае операционная система разбивает файл на несколько частей, которые помещаются в разные свободные области диска, т.е. фрагментирует файл. При считывании такого файла, операционной системе приходится собирать все фрагменты, перемещаясь по всему диску в их поиске. Это требует дополнительного времени и тем самым увеличивает время доступа к файлу. Программы для оптимизации дисков перемещают все участки каждого файла друг к другу (устраняют фрагментацию), собирают их в начале диска и т.д., за счет чего уменьшается число перемещений головок диска (т.е. ускоряется доступ к данным) и снижается износ диска. Из программ для оптимизации дисков широко используются SpeeDisk, FastTrax.
Программы динамического сжатия дисков позволяют увеличить количество информации, хранимой на дисках путем ее динамического сжатия. Эти программы сжимают информацию при записи на диск и развертывают (восстанавливают в исходном виде) - при чтении с диска. Примерами таких программ могут служить: Doublespace, Stacker, SuperStor и др.
Программы-упаковщики позволяют за счет применения специальных методов упаковки сжимать информацию на дисках, т.е. создавать архивы - копии файлов меньшего размера. Наиболее популярны упаковщики ARJ, ZIP, RAR и др.
Антивирусные программы предназначены для предотвращения заражения компьютерным вирусом и ликвидации последствий заражения. Наиболее известны антивирусные программы AIDSTEST, WEB, SCAN, VAKCINA, ADINF, AV, DOCTOR.
Коммуникационные программы предназначены для организации обмена информацией между компьютерами. Например: Brooklin Bridge, Telemate, Procomm, BitFax и др.
Программы управления локальной сетью: Lantastic, Netware Lite и т.д.
и многие другие.
Прикладные программы.
Прикладные программы представляют собой наиболее распространенный класс программных продуктов. Они составляют категорию программных средств, обращенных к пользователям персональных компьютеров - людям, которые не обязаны уметь программировать или даже знать устройство ЭВМ. Их цель заключается либо в том, чтобы с помощью машины решать повседневные задачи, либо учиться определенным навыкам (с помощью демонстрационных и обучающих программ), либо проводить свой досуг, играя в компьютерные игры и т.д. Пишутся прикладные программы по принципу максимального удобства для пользователя и призваны решать всевозможнейшие задачи:
подготовка текстов (документов) на компьютере - редакторы текстов [текстовые процессоры] (наиболее распространены: Lexicon, Microsoft Word);
обработка табличных данных - табличные процессоры [электронные таблицы] (часто употребляемые: Lotus1-2-3, SuperCalc, Microsoft Excel, Quatto Pro);
обработка массивов информации - системы управления базами данных (широко используются: Access, FoxPro, Clipper, Paradox);
обработка графических данных - графические редакторы (на сегодня популярны: Paintbrush, Corel Draw).
Также применяются программы для обработки звуковой информации - музыкальные редакторы, для обработки видеоинформации, системы деловой и научной графики, системы автоматизированного проектирования, интегрированные системы, бухгалтерские программы, компьютерные игры, обучающие программы, электронные справочники и т.д.
Системы программирования.
Даже при наличии десятков тысяч программ для IBM PC пользователям может потребоваться что-то такое, что не делают (или делают, но не так) имеющиеся программы. Вместе с тем, осваивая шаг за шагом прикладные программы, узнавая все более новые из них, пользователь неизменно подходит к той черте, за которой ему хочется не только работать с готовым программным обеспечением, но и пробовать свои силы в создании новой, пусть даже очень простой программы. Разработка системного и прикладного программного обеспечения на персональных компьютерах осуществляется с помощью систем программирования.
Современные системы программирования для персональных компьютеров представляют пользователю мощные и удобные инструментальные средства для разработки программ, к которым в первую очередь относятся:
макроассемблеры (машинно-ориентированные языки);
трансляторы (компилятор и(или) интерпретатор) с языка высокого уровня;
средства редактирования, компоновки и загрузки программ;
библиотеки подпрограмм, содержащие заранее подготовленные подпрограммы, которыми могут пользоваться программисты;
различные вспомогательные программы: отладчики машинных программ, программы для получения перекрестных ссылок и т.д.
Для популярных языков программирования на IBM PC существует множество систем программирования. Естественно, что программисты предпочитают те системы, которые легки в использовании, позволяют получить эффективные программы, имеют богатые библиотеки функций (подпрограмм) и мощные возможности отладки разрабатываемых программ. В качестве примеров таких систем программирования можно назвать Turbo C (фирма Borland), Turbo C++ (фирма Borland), Zortech C (фирма Symantec), Turbo Pascal (фирма Borland), Microsoft C (фирма Microsoft), Microsoft Basic (фирма Microsoft), Turbo Basic (фирма Borland). Системы программирования прежде всего различаются по тому, какой инструментальный язык высокого уровня они реализуют. Среди программистов, пишущих программы для персональных компьютеров, наибольшей популярностью пользуются языки Си, Си++, Паскаль, Бейсик, Дельф. Также используются и много других языков программирования: Лисп и Пролог (для построения экспертных систем), Clipper и FoxPro (для создания информационных систем) и т.д.
Библиографический список:
1. Виленкин Н.Я. и др. Математика: Учебное пособие для студентов пед. ин-тов по специальности 2121 - «Педагогика и методика начального обучения». - М.: Просвещение, 2008.
2. Колягин Ю.М., Луканкин Г.Л. Основные понятия современного школьного курса математики. Пособие для учителей. -М.: Просвещение, 2008.
3. Кутасов А.Д., Пиголкина Т.С. и др. Пособие по математике для поступающих в вузы. Под ред. Г.Н. Яковлева. - М.: Наука, 2010.
4. Быкова Е.А., Терехов Ю.П. Программное обеспечение ЭВМ. Лабораторный практикум. Уч.-мет. пособие (для студ.физико-математического и экономического факультетов). - Елец, ЕГПИ, 2009, 129с.
5. Быкова Е.А. Основы программирования на языке Qbasic. Учебно-методическое пособие. - Елец: ЕГПИ, 2010. - 54с.
6. Информатика: Учебник. - 3-е перераб. изд. / Под ред. проф. Н.В. Макаровой. - М.: Финансы и статистика, 2008. - 768с.
7. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Изд.8-е. - С.-Петербург, АО «Коруна», 2009. - 352 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Этапы развития информатики и вычислительной техники. Аппаратная часть персональных компьютеров. Внешние запоминающие устройства персонального компьютера. Прикладное программное обеспечение персональных компьютеров. Текстовые и графические редакторы.
контрольная работа [32,8 K], добавлен 28.09.2012События, предшествовавшие появлению персональных компьютеров. Важнейшие этапы развития вычислительной техники до появления персональных компьютеров. Выпуск операционной системы Windows 3.1. Микропроцессор Intel 8088. Табличный процессор VisiCalc.
презентация [938,0 K], добавлен 21.06.2013Исторические предшественники компьютеров. Появление первых персональных компьютеров. Концепция открытой архитектуры ПК. Развитие элементной базы компьютеров. Преимущества многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем перед однопроцессорными.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 27.04.2013Тенденции развития вычислительной техники. Важнейшие характеристики рабочего места и санитарно-гигиенические нормы. Техника безопасности при работе на персональном компьютере, его устройство и программное обеспечение. Будущее накопителей информации.
презентация [5,6 M], добавлен 12.07.2011Теоретические положения, касающиеся организации, архитектуры и особенностей технической диагностики персональных ЭВМ типа IBM PC/AT. Методики профессионального обслуживания аппаратно-программных вычислительных систем на базе персональных компьютеров.
лекция [314,3 K], добавлен 21.03.2008История персональной вычислительной техники, классификация ПЭВМ. Принципы фон Неймана. Разработка первых персональных компьютеров фирмы IВМ. Концепция "открытой архитектуры". IBM PS/2 и IBM-совместимые 386-е. Использование нового микропроцессора у ПК.
презентация [552,5 K], добавлен 11.12.2013Вычислительные системы и программное обеспечение как важнейшие разделы информатики, условия перехода общества в информационную стадию развития. Развитие вычислительных систем и персональных компьютеров. Операционные системы и системы программирования.
реферат [906,9 K], добавлен 18.01.2011Сущность понятия "программное обеспечение". Типы прикладных программ. Современные системы программирования для персональных компьютеров. Уровни программного обеспечения: базовый, системный, служебный. Классификация служебных программных средств.
реферат [20,2 K], добавлен 01.04.2010Возникновение и развитие персональных компьютеров. Отличительные особенности и классификация ПК. Модели и сферы применения. Consumer PC (массовый ПК). Office PC (деловой ПК). Mobile PC (портативный ПК). Workstation PC (рабочая станция). Новые виды ПК.
контрольная работа [29,5 K], добавлен 24.09.2008Изучение особенности архитектуры современных персональных компьютеров, основанной на магистрально-модульном принципе. Характеристика режимов использования шины передачи данных. Подключение к магистрали: контроллер, драйвер. Быстродействие системы ПК.
презентация [4,1 M], добавлен 18.04.2012
