Первое поколение ЭВМ (1948 — 1958 гг.)
Элементной базой машин этого поколения были электронные лампы – диоды и триоды. Машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач.
Второе поколение ЭВМ (1959 — 1967 гг.)
Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. К ЭВМ второго поколения относятся:
ЭВМ М-40, -50 для систем противоракетной обороны и др.
Третье поколение ЭВМ (1968 — 1973 гг.)
Элементная база ЭВМ - малые интегральные схемы (МИС). Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники (проведение расчетов, управление производством, подвижными объектами и др.). Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ.
Четвертое поколение ЭВМ (1974 — 1982 гг.)
Элементная база ЭВМ - большие интегральные схемы (БИС). Машины предназначались для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствует увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что ведет к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости.
5 поколение (настоящее и будущее). Еще создается, предполагается развитие искусственного интеллекта на основе оптико-лазерных технологий и применения СБИС. Планируется создать компьютер с большим быстродействием, огромным по мощности процессором и неограниченной виртуальной памятью. В качестве основного элемента для электрических цепей будет использован арсенид галия. Работа этих компьютеров будет основана на параллельных вычислениях.
Вопрос 2
Фон Нейман не только выдвинул основополагающие принципы логического устройства ЭВМ, но и предложил ее структуру, которая воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Основными блоками по Нейману являются устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) (обычно объединяемые в центральный процессор), память, внешняя память, устройства ввода и вывода. Схема устройства такой ЭВМ представлена на рисунке. Сплошные линии со стрелками указывают направление потоков информации, пунктирные-управляющих сигналов от процессора к остальным узлам ЭВМ
Билет 12
Вопрос 1
Все началось с идеи научить машину считать или хотя бы складывать многоразрядные целые числа. Еще около 1500 г. великий деятель эпохи Просвещения Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства, «и явилось первой дошедшей до нас попыткой решить указанную задачу. Первую действующую суммирующую машину построил в 1642 г. Блез Паскаль знаменитый французский физик, математик, инженер. Его 8-разрядная машина до наших дней.Еще в 70-х годах нашего века на полках магазинов стояли механические арифмометры и их «ближайшие родственники», снабженные электрическим приводом электромеханические клавишные вычислительные машины. Как это часто бывает они довольно долго удивительным образом соседствовали с техникой совершенно иного уровня - автоматическими цифровыми вычислительными машинами (АЦВМ), которые в просторечии чаще называют ЭВМ (хотя, строго говоря, эти понятия не совсем совпадают).Подлинная революция в вычислительной технике произошла в связи с применением электронных устройств. Работа над ними началась в конце 30-х годов. Одновременно в США, Германии, Великобритании и СССР. К этому времени электронные лампы, ставшие технической основой устройств обработки и хранения вой информации, уже широчайшим образом применялись в радиотехнических устройствах.Подлинную революцию в вычислительной технике произвело создание микропроцессора. В 1971 г. компанией «Intel» (США) было создано устройство, реализующее на одной крошечной микросхеме функции процессора - центрального узла ЭВМ. Последствия этого оказались огромны не только для вычислительной техники, но и для научно-технического прогресса в целом. В области разработки ЭВМ первым таким последствием оказалось создание персональных компьютеров (ПК) – небольших и относительно недорогих ЭВМ, способных аккумулировать и усиливать интеллект своего персонального хозяина.
Вопрос 2
Билет 13
Вопрос 1
ЭВМ классифицируются по след.признакам:
По назначению, по габаритам, по производительности, по стоимости, по элементной базе и т. д.
Вопрос 2
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)— устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП цифро-аналогового преобразователя.
Как правило, АЦП — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом, следует также относить к АЦП, например, некоторые типы преобразователей угол-код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор.Важную часть аналого-цифрового преобразователя составляет цифровой интерфейс, т.е. схемы, обеспечивающие связь АЦП с приемниками цифровых сигналов. Структура цифрового интерфейса определяет способ подключения АЦП к приемнику выходного кода, например, микропроцессору, микроконтроллеру или цифровому процессору сигналов. Свойства цифрового интерфейса непосредственно влияют на уровень верхней границы частоты преобразования АЦП.
Билет 14
Вопрос 1
Операторы, встречающиеся в выражениях, выстраиваются в некотором иерархическом (или приоритетном) порядке.Если выражение содержит операторы с разных уровней этой иерархии, то неявное правило говорит, что первыми должны выполняться операторы с более высоким приоритетом. Так, в выражении А * В + С операция * лежит выше + в иерархии и будет выполняться первой.Чаще всего применяется неявное правило присоединения слева направо, так что А — В — С рассматривается как (А —В)—С. Тем не менее, в АПЛ присоединение выполняется справа налево: А — В — С трактуется как А—(В — С) — = А—В + С.
Вопрос 2
Счетчик - узел ЭВМ, позволяющий осуществлять подсчет поступающих на его вход сигналов и фиксацию результата в виде многоразрядного двоичного числа. Счетчик, состоящий из n-триггеров, дает возможность подсчитывать до N сигналов, связанных зависимостью:
n = log2 NилиN = 2".
В ЭВМ счетчики используются для подсчета импульсов, сдвигов, формирования адресов и т.д. Функционально различают суммирующие, вычитающие, реверсивные счетчики. Они также отличаются друг от друга логикой работы дополнительных логических элементов, подключаемых к триггерам.
В основу построения любого счетчика положено свойство Т-триггеров изменять свое состояние при подаче очередного сигнала на счетный вход Т.
Билет 15
Вопрос 1
Иерархия памяти — термин, используемый в вычислительной технике при проектировании и программировании ЭВМ (компьютеров). Означает, что различные виды памяти образуют иерархию, на различных уровнях которой расположены памяти с отличающимися временем доступа, сложностью, стоимостью и объемом.
Структура первичной сети предопределяет объединение и разделение потоков передаваемой информации, поэтому используемые на ней системы передачи строятся по иерархическому принципу. Применительно к цифровым системам этот принцип заключается в том, что число каналов ЦСП, соответствующее данной ступени иерархии, больше числа каналов ЦСП предыдущей ступени в целое число раз.
Вопрос 2
В компьютерах используются физические устройства, которые способны находиться только в двух состояниях: "включено" и "выключено". Первое из состояний принято обозначать цифрой 1, а второе – цифрой 0. Таким образом, персональный компьютер устроен так, что он может "понимать" только две цифры: 0 и 1.
С помощью различных комбинаций 0 и 1 можно представить и числа, и тексты, и любую другую информацию. Представление чисел в виде комбинаций 0 и 1 называется двоичным представлением, а цифры 0 и 1 – двоичными цифрами. Система представления чисел двоичными цифрами называется двоичной системой счисления.
Билет 16
Вопрос 1
Счетчик - узел ЭВМ, позволяющий осуществлять подсчет поступающих на его вход сигналов и фиксацию результата в виде многоразрядного двоичного числа. Счетчик, состоящий из n-триггеров, дает возможность подсчитывать до N сигналов, связанных зависимостью:
n = log2 NилиN = 2".
В ЭВМ счетчики используются для подсчета импульсов, сдвигов, формирования адресов и т.д. Функционально различают суммирующие, вычитающие, реверсивные счетчики. Они также отличаются друг от друга логикой работы дополнительных логических элементов, подключаемых к триггерам.
В основу построения любого счетчика положено свойство Т-триггеров изменять свое состояние при подаче очередного сигнала на счетный вход Т.
Вычитающий и реверсивный счетчики, счетчик с периодом работы, не выражаемый целой степенью двух,кольцевой счетчик, делители частоты импульсной последовательности.
Вопрос 2
Регистр процессора — сверхбыстрая оперативная память (СОЗУ) внутри процессора, предназначенная прежде всего для хранения промежуточных результатов вычисления — РОН (регистр общего назначения) или содержащая данные, необходимые для работы процессора — смещения базовых таблиц, уровни доступа и т. д. (специальные регистры). Регистр представляет собой цифровую электронную схему, служащую для временного хранения двоичных чисел.Классификацию регистров можно провести по различным признакам, важнейшими из которых являются способ ввода-вывода информации и характер представления вводимой и выводимой информации.
Билет 17
Вопрос 1
Устройства, каждое из которых выполняет свою большую задачу, называются узлами ЭВМ.
Материнская плата – это главная многослойная печатная плата, содержащая системную шину и другие компоненты, необходимые для соединения между собой всех компонентов компьютера.
Оперативная память – это особый вид памяти компьютера, предназначенный для временного хранения программ и их данных, необходимых процессору для выполнения различных операций.
Видеокарта – это узел компьютера, преобразующий видеоизображение, формирующееся в памяти компьютера, в видеосигнал для монитора или проектора.
Звуковая плата, которую также называют звуковой картой, служит для формирования и вывода звуковых сигналов.
Внешняя память компьютера, представленная жёстким диском, предназначена для постоянного хранения, изменения и чтения различных пользовательских данных, а также для хранения и загрузки операционной системы компьютера и её прикладных программ.
Вопрос 2
Триггерами или, точнее, триггерными системами называют большой класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух или более устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам - их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.
Билет 18
Вопрос 1
Система счисления — символический метод записи чисел, представление чисел с помощью письменных знаков. Системы счисления бывают двоичные, десятичные, шестнадцатеричные и др.
Можно сформулировать алгоритм перевода целых чисел из системы с основанием p в систему с основанием q:
1. Основание новой системы счисления выразить цифрами исходной системы счисления и все последующие действия производить в исходной системе счисления.
2. Последовательно выполнять деление данного числа и получаемых целых частных на основание новой системы счисления до тех пор, пока не получим частное, меньшее делителя.
3. Полученные остатки, являющиеся цифрами числа в новой системе счисления, привести в соответствие с алфавитом новой системы счисления.
4. Составить число в новой системе счисления, записывая его, начиная с последнего остатка.
Правило перевода из 10-ичной системы в 2-чную:
Необходимо последовательно делить исходное число и получаемые частные на 2, выписывая остатки. Деление продолжается до тех пор, пока очередное частное не станет меньше 2. Затем нужно выписать последнее частное и за ним-полученные остатки в обратном порядке, заменив их цифрами 2-ичной системы счисления. Получившаяся запись- код числа в системе с основанием 2.
Вопрос 2
Логическое выражение - это символическая запись высказывания, состоящая из логических величин (констант или переменных), объединенных логическими операциями (связками).
Логические операции:
Конъюнкция - логическое умножение
Дизъюнкция - логическое сложение
Инверсия – отрицание
Билет 19
Вопрос 1
СуперЭВМ
К СуперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием сотни миллионов – десятки миллиардов операций в секунду.
Большие ЭВМ
Это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства. За рубежом компьютеры этого класса называют мэйнфреймами (mainframe). В России за ними закрепился термин большие ЭВМ. Штат обслуживания большой ЭВМ составляет до многих десятков человек.
Мини ЭВМ
Надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мейнфреймами возможностями и, соответственно меньшей стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и некоторыми высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной.
Вопрос 2
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) — устройство для преобразования цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, напряжение или заряд). Цифро-аналоговые преобразователи являются интерфейсом между дискретным цифровым миром и аналоговыми сигналами.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) производит обратную операцию.
ЦАП применяется всегда, когда надо преобразовать сигнал из цифрового представления в аналоговое, например, в проигрывателях компакт-дисков (Audio CD).
Промышленностью ЦАП выпускаются в виде интегральных микросхемы и содержат в своем составе электронные ключи и резистор обратной связи.
Билет 20
Вопрос 1
Шифратор и дешифратор являются типовыми узлами ЭВМ.
Шифратор (кодер) преобразует единичный сигнал на одном из входов в n-разрядный двоичный код. Наибольшее применение он находит в устройствах ввода информации (пультах управления) для преобразования десятичных чисел в двоичную систему счисления.Дешифратор - это комбинационное устройство, предназначенное для преобразования параллельного двоичного кода в унитарный, т.е. позиционный код.
Дешифраторы бывают пирамидальные и прямоугольные(линейные).
Пирамидальные дешифраторы строятся обычных на двухходовых элементах, где число входных переменных больше двух. Дешифратор наращивается каскадно, путем добавления в дешифратор дополнительных каскадов.
При большом числе разрядов дешифрируемого слова более удобным и экономичным оказывается прямоугольный дешифратор, который является многоступенчатым. Количество ступеней зависит от числа групп, на которое разбивается многоразрядное дешифрируемое слово.
Вопрос 2
Сумматор - основной узел арифметического устройства (См. Арифметическое устройство) ЦВМ, посредством которого осуществляется операция сложения чисел.
Классификация сумматоров:
По способу реализации
механические
электромеханические
электронные
пневматические
По архитектуре
Четвертьсумматоры
Полусумматоры
полные сумматоры
По способу действия
Последовательные
Параллельные
По способу организации переноса
С последовательным переносом
С параллельным переносом
С условным переносом
С групповым переносом.
Билет 21
Вопрос 1
Классификация ЭВМ по принципу действия.
Классификация ЭВМ по этапам создания.
Классификация ЭВМ по назначению
Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям
технические и эксплуатационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, показатели надежности, достоверности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации т.д.);
характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры;
Вопрос 2
Принцип программного управления компьютером –алгоритм, состоящий из слов-команд, определяющий последовательность действий, представленный в двоичной системе счисления.
Основные принципы Дж. фон Неймана:
1. Компьютеры на электронных элементах должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления.
2. Компьютер управляется программой, составленной из отдельных шагов - команд. Программа должна размещаться в одном из блоков компьютера - в запоминающем устройстве, обладающем достаточной емкостью и скоростью выборки команд.
3. Команды, так же как и числа, с которыми оперирует компьютер, записываются в двоичном коде. Это обстоятельство приводит к следующим важным последствиям:
а) промежуточные результаты вычислений, константы и другие числа могут размещаться в том же запоминающем устройстве, что и программа;
б) числовая форма записи программы позволяет производить операции над величинами, которыми закодированы команды программы;
в) появляется возможность перехода в процессе вычислений на тот или иной участок программы в зависимости от результатов вычислений, условных переходов.
4. Трудности физической реализации запоминающего устройства, быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем требует иерархической организации памяти.
5. Арифметическое устройство конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения - создание специальных устройств для выполнения других операций нецелесообразно.
6. Необходимо использовать параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над словами производятся одновременно во всех разрядах слова)
Билет 22
Вопрос 1
Мультиплексор является устройством, которое осуществляет выборку одного из нескольких входов и подключает его к своему выходу. Мультиплексор имеет несколько информационных входов. Каждому информационному входу мультиплексора присваивается номер, называемый адресом. При подаче стробирующего сигнала на вход С мультиплексор выбирает один из входов, адрес которого задается двоичным кодом на адресных входах, и подключает его к выходу.Мультиплексоры могут быть использованы для синтеза логических функций. При этом число используемых в схеме элементов (корпусов интегральных микросхем) может быть значительно уменьшено.
Демультиплексор имеет один информационный вход и несколько выходов. Он представляет собой устройство, которое осуществляет коммутацию входа к одному из выходов, имеющему заданный адрес. Использование демультиплексора может существенно упростить построение логического устройства, имеющего несколько выходов, на которых формируются различные логические функции одних и тех же переменных.
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
“Алгоритм - конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций”. “Программа (для ЭВМ) - упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке” (стандарт ISO 2382/1-84). Следует заметить, что строгого, однозначного определения алгоритма, равно как и однозначных методов его преобразования в программу вычислений, не существует. Принцип программного управления может быть осуществлен различными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способ, описанный Дж. фон Нейманом в 1945 г. при построении еще первых образцов ЭВМ. Суть его заключается в следующем.
Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды - переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) является еще одним неотъемлемым элементом любой программы.
Вопрос 2
Счетчик - цифровое устройство, осуществляющее счет числа появлений на входе определенного логического уровня.
Вычитающий и реверсивный счетчики.
В вычитающем счетчике поступление на вход очередной лог. 1 (очередного импульса) вызывает уменьшение хранившегося в счетчике числа на единицу.
Пересчетной схемой или просто счетчиком называется устройство, служащее для подсчета импульсов.
Билет 23
Вопрос 1
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. В основе его лежит представление алгоритма решения любой задачи в виде программы вычислений.
“Алгоритм - конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций”. “Программа (для ЭВМ) - упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке” (стандарт ISO 2382/1-84). Следует заметить, что строгого, однозначного определения алгоритма, равно как и однозначных методов его преобразования в программу вычислений, не существует. Принцип программного управления может быть осуществлен различными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способ, описанный Дж. фон Нейманом в 1945 г. при построении еще первых образцов ЭВМ. Суть его заключается в следующем.
Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды - переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) является еще одним неотъемлемым элементом любой программы.
Вопрос 2