Структурна схема та принципи роботи ЕОМ

Контрольна робота з дисципліни «Інформатика»

Виконала Студентка I курсу групи Б Спеціальність «Фінанси і кредит» Александрова В. А

Російський Державний Соціальний Університет філія в м. Обнінськ

Обнінськ 2007

Введення

Ключова роль у сучасній інфраструктурі інформатизації належить системам комунікації та обчислювальних мереж, у яких зосереджені новітні засоби обчислювальної техніки, інформатики, зв'язку, а також самі прогресивні інформаційні технології. Саме вони забезпечують користувачам широкий набір інформаційно-обчислювальних послуг з доступом до локальних і віддалених машинним ресурсів, технологій і баз даних.

На шляху розвитку електронної обчислювальної техніки (починаючи з середини 40-х років) можна виділити чотири покоління великих ЕОМ, що відрізняються елементної базою, функціонально-логічної організацією, конструктивно-технологічним виконанням, програмним забезпеченням, технічними та експлуатаційними характеристиками, ступенем доступу до ЕОМ [1]  з боку користувачів. Зміні поколінь супроводжувало зміна основних техніко-експлуатаційних та техніко-економічних показників ЕОМ, і в першу чергу таких, як швидкодія, обсяг пам'яті, надійність і вартість. При цьому однією з основних тенденцій розвитку було і залишається прагнення зменшити трудомісткість підготовки програм вирішуваних завдань, полегшити зв'язок операторів з машинами, підвищити ефективність використання останніх.

Можливості поліпшення техніко-експлуатаційних показників ЕОМ в значній мірі залежать від елементів, які використовуються для побудови їх електронних схем. Тому при розгляді етапів розвитку ЕОМ кожне покоління зазвичай в першу чергу характеризується використовуваної елементарної базою.

ЕОМ першого покоління

Основним активним елементом ЕОМ першого покоління була електронна лампа, інші компоненти електронної апаратури - це звичайні резистори, конденсатори, трансформатори. Для побудови оперативної пам'яті ЕОМ вже з середини 50-х років почали застосовуватися спеціально розроблені для цієї мети елементи - ферритові сердечники з прямокутною петлею гистерезиса. Як пристрій вводу-виводу спочатку використовувалася стандартна телеграфна апаратура (телетайпи, стрічкові перфоратори, трансмітери, апаратура лічильно-перфораційних машин), а потім спеціально для ЕОМ були розроблені електромеханічні запам'ятовувальні пристрої на магнітних стрічках, барабанах, дисках і швидкодіючі друкувальні пристрої.

Машини першого покоління мали значні розміри, споживали велику потужність, мали порівняно мале швидкодію, малу ємність оперативної пам'яті, невисоку надійність роботи і недостатньо розвинене програмне забезпечення. У ЕОМ цього покоління були закладені основи логічного побудови машин і продемонстровані можливості цифрової обчислювальної техніки.

В цей період зародилася професія програмістів - творців програм для ЕОМ і з'явилися перші мови програмування. В цей же час фон Нейман сформулював основні принципи роботи всіх сучасних комп'ютерів -- використання змінних програм як засобів управління ЕОМ та обробки даних, наявних у пам'яті машини. Комп'ютери на електронних лампах. (1948-1958)

Комп'ютери на основі електронних ламп з'явилися в 40-х роках XX століття. Перша електронна лампа-вакуумний діод - була побудована Флемінгом лише в 1904 році, хоча ефект проходження електричного струму через вакуум був відкритий Едісоном в 1883 році. Незабаром Лі де Форрест винаходить вакуумний тріод - лампу з трьома електродами, потім з'являється газо наповнених електронна лампа - тиратронні, пятіелектродная лампа - пентод і т. д. До 30-х років електронні вакуумні та газонаповнені лампи використовувалися головним чином в радіотехніці. Але в 1931 році англієць Вінні-Вільямс побудував (для потреб експериментальної фізики) тиратронні лічильник електричних імпульсів, відкривши тим самим нову область застосування електронних ламп. Електронний лічильник складається з ряду тригерів. Тригер, винайдений М. А. Бонч-Бруєвич (1918) і - незалежно - американцями У. Ікклзом і Ф. Джорданом (1919), містить 2 лампи і в кожний момент може перебувати в одному з двох стійких станів; він являє собою електронне реле. Подібно електромеханічного, воно може бути використано для зберігання однієї двійкової цифри. Використання електронної лампи в якості основного елемента ЕОМ створювало безліч проблем. Через те, що висота скляній лампи - 7см, машини були величезних розмірів. Кожні 7-8 хв. одна з ламп виходила з ладу, а так як в комп'ютері їх було 15 - 20 тисяч, то для пошуку і заміни пошкодженої лампи було потрібно дуже багато часу. Крім того, вони виділяли величезне кількість тепла, і для експлуатації "сучасного" комп'ютера того часу були потрібні спеціальні системи охолодження.

Щоб розібратися в заплутаних схемах величезного комп'ютера, потрібні були цілі бригади інженерів. Пристроїв введення в цих комп'ютерах не було, тому дані вносилися в пам'ять за допомогою з'єднання потрібного штекера з потрібним гніздом.

Прикладами машин I-го покоління можуть служити Mark 1, ENIAC, EDSAC [2] - Перша машина з збереженої програмою. UNIVAC [3] . Перший примірник Юнівака був переданий в Бюро перепису населення США. Пізніше було створено багато різних моделей Юнівака, які знайшли застосування в різних сферах діяльності. Таким чином, Юнівак став першим серійним комп'ютером. Крім того, це був перший комп'ютер, де замість перфокарт використовувалася магнітна стрічка.

ЕОМ другого покоління

На зміну лампам в машинах другого покоління (наприкінці 50-х років) прийшли транзистори. На відміну від лампових ЕОМ транзистори машини мали великі швидкодією, ємністю оперативної пам'яті і надійністю. Істотно зменшилися розміни, маса і споживана потужність. Значним досягненням стало застосування друкованого монтажу. Підвищилася надійність електромеханічних пристроїв введення-виведення, питома вага яких збільшився. Машини другу покоління володіли великими обчислювальними і логічними можливостями.

Особливість машин другого покоління - їх диференціація по застосуванню. З'явилися машини для рішення науково-технічних і економічних завдань, для управління виробничими процесами та різними об'єктами (керуючі машини).

Поряд з технічним вдосконаленням ЕОМ розвиваються методи і прийоми програмування обчислень, вищим ступенем яких є автоматичне програмування, що вимагає мінімальних витрат праці математиків-програмістів. Великий розвиток і застосування отримали алгоритмічні мови, істотно спрощують процес підготовки задач до розв'язання на ЕОМ. З появою алгоритмічних мов різко скоротилися штати «чистих» програмістів, оскільки складання програм на цих мовах стало під силу самим користувачам.

В період розвитку і вдосконалення машин другого покоління нарівні з однопрограмних з'явилися багатопрограмних (мультипрограмному) ЕОМ. На відміну від однопрограмних машин, у яких програми виконуються тільки по черзі, в багатопрограмних ЕОМ можлива спільна реалізація декількох програм за рахунок організації паралельної роботи основних пристроїв машини.

ЕОМ третього покоління

Подібно тому, як поява транзисторів призвело до створення другого покоління комп'ютерів, поява інтегральних схем ознаменувало собою новий етап у розвитку обчислювальної техніки - народження машин третього покоління. Інтегральна схема, яку також називають кристалом, являє собою мініатюрну електронну схему, витравленим на поверхні кремнієвого кристала площею близько 10 мм2.

Перші інтегральні схеми (ІС) з'явилися в 1964 році. Спочатку вони використовувалися тільки в космічній і військовій техніці. Зараз же їх можна виявити де завгодно, включаючи автомобілі та побутові прилади. Що ж стосується комп'ютерів, то без інтегральних схем вони просто немислимі!

Поява ІС означало справжню революцію в обчислювальній техніці. Адже вона одна здатна замінити тисячі транзисторів, кожний з яких у свою чергу вже замінив 40 електронних ламп. Іншими словами, один крихітний кристал має такими ж обчислювальними можливостями, як і 30-тонний ЕНІАК! Швидкодія ЕОМ третього покоління зросло в 100 разів, а габарити значно зменшилися.

Ко всім достоїнств ЕОМ третього покоління додалося ще й те, що їх виробництво виявилося дешевше, ніж виробництво машин другого покоління. Завдяки цьому, багато організацій змогли придбати і освоїти такі машини. А це, в свою чергу, призвело до зростання попиту на універсальні ЕОМ, призначені для вирішення різних завдань. Більшість створених до цього ЕОМ були спеціалізованими машинами, на яких можна було вирішувати завдання якогось одного типу.

ЕОМ четвертого покоління

Для машин четвертого покоління (кінець 70-х років) характерне застосування великих інтегральних схем (ВІС). Високий ступінь інтеграції сприяє збільшенню щільності компонування електронної апаратури, підвищенню її надійності та швидкодії, зниження вартості. Це, у свою чергу, робить істотний вплив на логічну структуру ЕОМ та її програмне забезпечення. Більше тісному стає зв'язок структури машини та її програмного забезпечення, особливо операційної системи.

Виразно проявляється тенденція до уніфікації ЕОМ, створення машин, що представляють собою єдину систему. Яскравим вираженням цієї тенденції є створення та розвиток ЄС ЕОМ - Єдиної системи електронних обчислювальних машин.

Промисловий випуск перших моделей ЄС ЕОМ був початий в 1972 р., при їх створенні були використані всі сучасні досягнення в галузі електронної обчислювальної техніки, технології та конструювання ЕОМ, в області побудови систем програмного забезпечення. Об'єднання знань та виробничих потужностей країн-розробників дозволило в досить стислі терміни вирішити складну комплексну науково-технічну проблему. ЄС ЕОМ була безперервно розвивається систему, в якій поліпшувалися техніко-експлуатаційні показники машин, удосконалювалося периферійне устаткування і розширювалася його номенклатура.

Крім зазначених вище великих ЕОМ, з другої половини 50-х років почали розвиватися міні-ЕОМ, що відрізняються меншими функціональними можливостями головним чином з-за обмеженого набору команд і меншої розрядності чисел, що представляють обробляються дані.

Висновок

За короткий час мікропроцесори пройшли великий шлях розвитку: від перших покоління 4 - і 8-розрядних мікропроцесорів, виконаних по р. - канальної МОП-технології, до четвертого покоління 32 - і 64-розрядних мікропроцесорів.

В даний час реалізується програма з розробки в найближчі 8-10 років нових типів комп'ютерів:

багатопроцесорних комп'ютерів з високим ступенем паралелізму обробки інформації;

комп'ютерів з нейронними мережами;

комп'ютерів, в яких для передачі інформації використовується світло.

Поява персональних комп'ютерів - найбільш яскрава подія в області обчислювальної техніки, що динамічно розвивається сектор галузі. Із запровадженням комп'ютерів рішення задач інформатизації суспільства поставлено на реальну основу. Крім того, потрібен новий підхід до організації систем обробки даних, до створення нових інформаційних технологій. Виникла необхідність переходу від систем централізованої обробки даних до систем розподіленої обробки даних, тобто до комп'ютерних (обчислювальних) мереж різних рівнів - від локальних до глобальних.

Розвиток обчислювальної техніки        

Обчислювальна техніка не зразу досягла сучасного   рівня.   

У її розвитку відзначають передісторію і чотири покоління ЕОМ.             

Покоління         

Елементна база         

Швидкодія         

Програмне   

забезпечення         

Застосування         

Приклади             

1-е   

(1946 - 1959)         

Електронні   

лампи         

10 - 20 тис. оп/c         

Машинні мови         

Розрахункові завдання         

ЕНІАК (США), МЕСМ (СРСР)             

2-е   

(1960 - 1969)         

Напівпровідники         

100 - 500 тис. оп/с         

Алгоритмічні мови, диспетчерські системи, пакетний режим         

Інженерні, наукові, економічні завдання         

IВМ 701 (США), БЕСМ-6, БЕСМ-4 (СРСР)             

3-е   

(1970 - 1979)         

Інтегральні мікросхеми         

Порядку 1млн. оп/с         

Операційні системи, режим поділу часу         

АСУ, САПР, науково-технічні-   

Електричні завдання         

IBM 360 (США), ЄС 1030, 1060 (СРСР)             

4-е   

(1980 - даний час)         

БІС, мікропроцесори         

Десятки й сотні млн. оп/с         

Бази та банки даних         

Управління, комунікації,   

АРМ, обробка текстів, графіка         

ПЕОМ, сервери     

Примітка:

БІС - Великі інтегральні схеми;

АСУ - Автоматизована система управління;

САПР - Система автоматичного проектування;

АРМ - Автоматизоване робоче місце,

БЕСМ і МЕСМ - відповідно велика і мала електронні обчислювальні машини;

ПЕОМ - Персональна електронна обчислювальна машина.

Список літератури

Каймін В. А. Інформатика: Підручник. - М: ИНФРА-М, 2000 - 2232 с. (серія «Вища освіта).

Острейковскій В. А. Інформатика: Навчальний посібник для ВНЗ/В. А. Острейковскій - 3-е изд., стер. - М.: Вища школа, 2005 - 511 с.: Ил.

А. П. Пятібратов, А. С. Касаткін, Р. В. Можаров. "ЕОМ, МІНІ-ЕОМ та мікропроцесорна техніка в навчальному процесі ".

Гаєвський А.Ю. «Інформатика»

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://referat.ru

[1]  ЕОМ - електронна обчислювальна машина

[2]  Electronic Delay Storage Automatic Calculator

[3]  Universal Automatic Computer