VI. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

В начале 20 века сложилась ситуация, что, сколько бы людей не привлекалось дополнительно в сферу информации, они все равно не могли справиться с все растущими потребностями по подготовке и обработке информации, генерируемой человеческим обществом – возникла потребность в создании электронных машин.

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки информации называют вычислительной техникой. Конкретный набор, связанных между собою устройств, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является электронная вычислительная машина или компьютер.

Определение. Компьютер – это электронное устройство, которое выполняет операции ввода информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком.

Вообще же слово компьютер означает «вычислитель», то есть устройство для вычислений. Как уже было сказано, потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Много тысячи лет назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д. Более 1500 лет назад для облегчения вычислений стали использовать счеты. В 1642 году Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических операции. В 1943 году американец Говард Эйкен на основе уже техники 20 века (электромеханических реле) смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк-1». В 1945 году к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине. В нем Нейман ясно и четко сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 году Джон фон Нейман.

В 1951-1954 гг. элементная базой ЭВМ были электронные лампы. Их быстродействие (кол-во операций в секунду) составляло 10⁴. Затем, в 1958 – 1960 гг. элементной базой стали транзисторы (полупроводниковые схемы). Быстродействие повысилось до 10⁶. С 1965 г. появились интегральные схемы (позже – сверх большие интегральные схемы). К 1985 г. быстродействие повысилось до 10⁹. В настоящее время технологии изготовления компьютерной техники совершенствуются быстрее, чем технологии в какой-либо другой отрасли.

Однако классическая архитектура ЭВМ, предложенная Нейманом, до настоящего времени лежит в основе устройства компьютеров.

Определение. Архитектура - это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных ее функциональных узлов.

Фон Нейман с соавторами выдвинули основные принципы логического устройства ЭВМ и предложили ее структуру, которая полностью воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ:

Рис. 2. Классическая архитектура ЭВМ.

Определение. Запоминающее устройство - это блок ЭВМ, предназначенный для временного (оперативная память) и продолжительного (постоянная память) хранения программ, входных и результирующих данных, а также промежуточных результатов.

Информация в оперативной памяти сохраняется временно, лишь при включенном питании, но оперативная память имеет большее быстродействие. В постоянной памяти данные могут сохраняться даже при отключенном компьютере, но скорость обмена данными между постоянной памятью и центральным процессором, в подавляющем большинстве случаев, значительно меньше.

Определение. Арифметико-логическое устройство - это блок ЭВМ, в котором происходит преобразование данных по командам программы: арифметические действия над числами, преобразование кодов и др.

Управляющее устройство координирует работу всех блоков компьютера. В определенной последовательности он выбирает из оперативной памяти команду за командой. Каждая команда декодируется, по потребности элементы данных из указанных в команде ячеек оперативной памяти передаются в АЛУ; АЛУ настраивается на выполнение действия, указанной текущей командой (в этом действии могут принимать участие также устройства ввода-вывода); дается команда на выполнение этого действия. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не возникнет одна из следующих ситуаций: исчерпаны входные данные, от одного из устройств поступила команда на прекращение работы, выключено питание компьютера.

Кроме архитектуры ЭВМ Нейман предложил основополагающие принципы логического устройства ЭВМ.

0. Для представления данных в ЭВМ необходимо использование двоичной системы (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций).

1. Принцип программного управления. Программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Регистр – специализированная дополнительная ячейка памяти в процессоре. Регистр выполняет функцию кратковременного хранения числа или команды. Счетчик команд – регистр УУ, содержимое которого соответствует адресу очередной выполняемой команды, он служит для автоматической выборки программы из последовательных ячеек памяти. То есть, с его помощью осуществляется выборка программы из памяти. Этот регистр последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как, команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым осуществляется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой – то другой, используются команды условного или безусловного переходов. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что храниться в данной ячейке памяти – число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Это позволяет обращаться к произвольной ячейке (адресу) без просмотра предыдущих ячеек.

Поиск по сайту: