Введение
Определение вычислительной машины и вычислительной системы
Обобщенная структурная схема ЭВМ
Определение вычислительной машины и вычислительной системы
В литературе можно найти множество самых различных определений терминов «вычислительная машина» и «вычислительная система».
Вычислительная машина – это:
- Устройство, которое принимает данные, обрабатывает их в соответствии с хранимой программой, генерирует результаты и обычно состоит из блоков ввода, вывода, памяти, арифметики, логики и управления.
- Функциональный блок, способный выполнять реальные вычисления, включающие множественные арифметические и логические операции, без участия человека в процессе этих вычислений.
- Устройство, способное:
- хранить программу или программы обработки и информацию, необходимую для выполнения программы;
- быть свободно перепрограммируемым в соответствии с требованиями пользователя;
- выполнять арифметические вычисления, определяемые пользователем;
- выполнять без вмешательства человека программу обработки, требующую изменения действий путем принятия логических решений в процессе обработки.
Вычислительная машина – это комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей.
Вычислительная система – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или вычислительных машин, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для подготовки и решения задач пользователей.
Возникновение современных электронных вычислительных средств относится к 1945 г., когда в Пенсильванском университете под руководством Д. Маучли и Д. Эккерта была создана первая электронная вычислительная машина ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Скорость работы первой ЭВМ составляла 5000 операций в секунду. ЭВМ состояла из 18000 электронных ламп и потребляла мощность 150 кВт.
В 1946 г. Американским математиком Д. фон Нейманом были сформулированы основные теоретические принципы построения ЭВМ.
В 1945г. Американские инженеры У. Браттейн и Д. Бардин изобрели твердотельный аналог электронной лампы – транзистор. С начала 50-ых годов началось внедрение транзисторов в электронную технику всех видов, включая ЭВМ. Это способствовало уменьшению габаритов, увеличению производительности и надежности ЭВМ.
Следующий этап развития ЭВМ связан с идеей интегрирования (объединения) на одном кристалле нескольких транзисторов и сопутствующих им радиокомпонентов (диодов, резисторов, конденсаторов). В 1958 г. инженер Д. Килби из фирмы Texas Instruments (США) разработал первую интегральную схему. Степень интеграции микросхем в начале 70-хгг. достигла несколько тысяч транзисторов на кристалле, в 80-е – несколько сотен тысяч, а в 90-ые гг. – уже несколько миллионов. Для проектирования и производства ЭВМ необходимо использовать БИС и СБИС. В начале 80-ых гг. инженер фирмы Intel (США) М. Хофф изобрел микропроцессор, явившийся основой для построения микроЭВМ.
Обобщенная структурная схема ЭВМ
Все ЭВМ могут быть представлены в виде обобщенной структурной схемы (рисунок 1).
В структуре ЭВМ можно выделить следующие устройства:
1. устройства ввода данных
2. запоминающее устройство
3. устройство управления
4. арифметико-логическое устройство
5. устройство вывода результатов.
Все устройства соединены между собой линиями связи, по которым передаются информационные слова и команды, а также различные осведомительные и управляющие сигналы.
Устройства ввода данных служат для преобразования исходной информации в форму, удобную для восприятия ЭВМ и ввода в запоминающее устройство.
Запоминающее устройство служит для хранения исходных данных и команд программы, а также промежуточных и окончательных результатов обработки данных.
Устройство управления служит для обеспечения необходимой последовательности работы всех частей ЭВМ в процессе решения задачи в соответствии с заранее составленной и введенной в запоминающее устройство программой. Устройство управления должно расшифровывать команды программы в системы управляющих электрических сигналов и обеспечить подачу этих сигналов в нужные точки машины в требуемые моменты времени.
Арифметико-логическое устройство служит для выполнения арифметических и логических операций над исходными данными. Основным узлом арифметико-логического устройства в большинстве ЭВМ является сумматор, который вместе с рядом вспомогательных блоков обеспечивает выполнение алгебраического сложения, умножения, деления, сравнения, а также логических операций.
Устройства вывода служат для преобразования выводимых из машины цифровых кодовых комбинаций в форму, удобную для их дальнейшего использования.
1-исходные данные и команды программы
2-операнды
3-команды
4-код операции
5-адрес очередной команды, операнда, результата
6-результаты операций
7-признак результата
8-окончательные результаты
9-управляющие сигналы
Рисунок 1 - Обобщенная структурная схема ЭВМ