3)))) Принципы фон Неймана
В 1946 году трое учёных[1] — Артур Бёркс (англ. Arthur Burks), Герман Голдстайн и Джон фон Нейман — опубликовали статью «Предварительное рассмотрение логического конструирования электронного вычислительного устройства»[2][3]. В статье обосновывалось использование двоичной системы для представления данных в ЭВМ (преимущественно для технической реализации, простота выполнения арифметических и логических операций — до этого машины хранили данные в десятичном виде[4]), выдвигалась идея использования общей памяти для программы и данных. Имя фон Неймана было достаточно широко известно в науке того времени, что отодвинуло на второй план его соавторов, и данные идеи получили название «принципы фон Неймана».
Принцип двоичного кодирования
Согласно этому принципу, вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов (двоичных цифр, битов) и разделяется на единицы, называемые словами.
Принцип однородности памяти
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
Принцип адресуемости памяти
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к хранящимся в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.
Принцип последовательного программного управления
Предполагает, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.
Принцип жесткости архитектуры
Неизменяемость в процессе работы топологии, архитектуры, списка команд.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских.
4)))) В настоящее время практически решены проблемы, связанные с переносимостью программ, написанных для последовательных ЭВМ, построенных на основе принципов, определенных в работах Дж. Фон Неймана [7] (фон-неймановских архитектур). Они преодолеваются различными путями, например: созданием языков высокого уровня (ЯВУ), позволяющих писать программы, транслируемые в машинный код (данный подход используется в наиболее распространенных системах программирования); разработкой систем, обеспечивающих интерпретацию промежуточного представления [8], полученного предварительной трансляцией программ, написанных на ЯВУ; разработкой интерпретирующих систем, осуществляющих непосредственное выполнение программ, написанных на ЯВУ (возможно, с внутренним преобразованием их в промежуточный код непосредственно перед выполнением) [9]; динамической генерацией кода объектной машины [10] непосредственно перед исполнением, например, при использовании ЛТ-компиляции (just in time) [11]. Интенсивно развивалось и параллельное программирование. Были предложены разнообразные методы написания параллельных программ и способы их отображения на параллельные вычислительные системы (ПВС).
5)))) По этапам развития (по поколениям) Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером. Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования. К первому поколению (1946-1958) относят машины, построенные на электронных лампах накаливания. В эту группу входят машины, созданные в период, начинающийся с электронной вычислительной машины «EDSAC» и заканчивающийся примерно в конце пятидесятых годов. Эти машины стоили очень дорого, занимали огромные площади, были не совсем надежны в работе, имели маленькую скорость обработки информации и могли хранить очень мало данных. Создавались они в единичных экземплярах и использовались в основном для военных и научных целей. В качестве типичных примеров машин первого поколения можно указать американские компьютеры UNIVAC, IBM-701, IBM-704, а также советские машины БЭСМ и М-20. Типичная скорость обработки данных для машин первого поколения составляла 5-30 тысяч арифметических операций в секунду. Ко второму поколению (1958-1964) относят машины, построенные на транзисторных элементах. У этих машин значительно уменьшились стоимость и габариты, выросли надежность, скорость работы и объем хранимой информации. Типичные представители машин второго поколения - PDP-8, IBM-7094, CDC-6600 (США), ATLAS (Великобритания), БЭСМ-4, М-220, Минск-32, БЭСМ-6 (СССР). Скорость обработки данных у машин второго поколения возросла до 1 миллиона операций в секунду. Машины третьего поколения (1964-1972) выполнены на так называемых интегральных схемах, которые сокращенно обозначают ИС. Площадь такой схемы порядка одного квадратного миллиметра, но по своим функциональным возможностям интегральная схема эквивалентна сотням и тысячам транзисторных элементов. Из-за очень маленьких размеров и толщины интегральную схему иногда называют микросхемой, а также чипом (chip - тонкий кусочек). Благодаря переходу от транзисторов к интегральным схемам изменились стоимость, размер, надежность, скорость и емкость машин. Это машины семейства IBM/360. Популярность этих машин оказалась настолько велика, что во всем мире их стали копировать или выпускать похожие по функциональным возможностям и совпадающие по способам кодирования и обработки информации. Причем программы, подготовленные для выполнения на машинах IBM, с успехом выполнялись на их аналогах, так же как и программы, написанные для выполнения на аналогах, могли быть выполнены на машинах IBM. Такие модели машин принято называть программно-совместимыми. В нашей стране такой программно-совместимой с семейством IBM/360 была серия машин ЕС ЭВМ, в которую входило около двух десятков различных по мощности моделей. Начиная с третьего поколения вычислительные машины становятся повсеместно доступными и широко используются для решения самых различных задач. Характерным для этого времени является коллективное использование машин, так как они все еще достаточно дороги, занимают большие площади и требуют сложного и дорогостоящего обслуживания. Носителями исходной информации все еще являются перфокарты и перфоленты, хотя уже значительный объем информации сосредотачивается на магнитных носителях - дисках и лентах. Скорость обработки информации у машин третьего поколения достигала нескольких миллионов операций в секунду. Четвертое поколение (1972 - настоящее время. Происходит переход от обычных интегральных схем к большим интегральным схемам (БИС). Если обычные интегральные схемы эквивалентны тысячам транзисторных элементов, то большие интегральные схемы заменяют уже десятки и сотни тысяч таких элементов. Среди них следует упомянуть семейство машин IBM/370, а также модель IBM 196, скорость которой достигла 15 миллионов операций в секунду. Отечественными представителями машин четвертого поколения являются машины семейства «Эльбрус». Отличительная черта четвертого поколения - наличие в одной машине нескольких (обычно 2-6, иногда до нескольких сотен и даже тысяч) центральных, главных устройств обработки информации - процессоров, которые могут дублировать друг друга или независимым образом выполнять вычисления. Такая структура позволяет резко повысить надежность машин и скорость вычислений. Другая важная особенность - появление мощных средств, обеспечивающих работу компьютерных сетей. Это позволило впоследствии создавать и развивать на их основе глобальные, всемирные компьютерные сети. В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний. Архитектура компьютеров будущего поколения будет содержать два основных блока. Один из них – это традиционный компьютер. Но теперь он лишен связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок, называемый термином «интеллектуальный интерфейс». Его задача – понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.
6)))))
7))))) Архитектура компьютера - это описание его организации и принципов функционирования его структурных элементов. Включает основные устройства ЭВМ и структуру связей между ними. Обычно, описывая архитектуру ЭВМ, особое внимание уделяют тем принципам ее организации, которые характерны для большинства машин, относящихся к описываемому семейству, а также оказывающие влияние на возможности программирования. Поскольку от архитектуры компьютера зависят возможности программирования на нем, поэтому при описании архитектуры ЭВМ уделяют внимание описанию команд и памяти.
8)))ВИКИПЕДИЯ
9)))) В видеопамяти хранятся данные, с которыми работает графический процессор, – сведения о вершинах, текстурах и прочее. Смысл заключается в том, чтобы GPU мог получать более высокую скорость доступа к данным, чем при работе с оперативной памятью.
13))) Соотношение сторон экрана — стандартный (4:3), широкоформатный (16:9, 16:10) или другое соотношение (например 5:4)
Размер экрана — определяется длиной диагонали, чаще всего в дюймах
Разрешение — число пикселей по вертикали и горизонтали
Глубина цвета — количество бит на кодирование одного пикселя (от монохромного до 32-битного)
Размер зерна или пикселя
Частота обновления экрана (Гц)
Время отклика пикселей (не для всех типов мониторов)
Угол обзора
11))) Гибкие магнитные диски. Гибкие магнитные диски помещаются в пластмассовый корпус. Такой носитель информации называется дискетой. В центре дискеты имеется приспособление для захвата и обеспечения вращения диска внутри пластмассового корпуса. Дискета вставляется в дисковод, который вращает диск с постоянной угловой скоростью.
При этом магнитная головка дисковода устанавливается на определенную концентрическую дорожку диска, на которую и производится запись или с которой производится считывание информации. Информационная емкость дискеты невелика и составляет всего 1,44 Мбайт. Скорость записи и считывания информации также мала (составляет всего около 50 Кбайт/с) из-за медленного вращения диска (360 об. /мин).
В целях сохранения информации гибкие магнитные диски необходимо предохранять от воздействия сильных магнитных полей и нагревания, так как такие физические воздействия могут привести к размагничиванию носителя и потере информации.
Жесткие магнитные диски. Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью (рис. 4.6).
За счет гораздо большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость жесткого диска может в сотни тысяч раз превышать информационную емкость дискеты и достигать 150 Гбайт. Скорость записи и считывания информации с жестких дисков достаточно велика (может достигать 133 Мбайт/с) за счет быстрого вращения дисков (до 7200 об./мин).
В жестких дисках используются достаточно хрупкие и миниатюрные элементы (пластины носителей, магнитные головки и пр.), поэтому в целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.
Оптический принцип записи и считывания информации. В лазерных дисководах CD-ROM и DVD-ROM используется оптический принцип записи и считывания информации.
В процессе записи информации на лазерные диски для создания участков поверхности с различными коэффициентами отражения применяются различные технологии: от простой штамповки до изменения отражающей способности участков поверхности диска с помощью мощного лазера. Информация на лазерном диске записывается на одну спиралевидную дорожку (как на грампластинке), содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.
При соблюдении правил хранения (в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.
В процессе считывания информации с лазерных дисков луч лазера, установленного в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч также меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы преобразуются с помощью фотоэлементов в электрические импульсы и по магистрали передаются в оперативную память.
Лазерные дисководы и диски. Лазерные дисководы (CD-ROM и DVD-ROM - рис. 4.7) используют оптический принцип чтения информации.
На лазерных CD-ROM (CD - Compact Disk, компакт-диск) и DVD-ROM (DVD - Digital Video Disk, цифровой видеодиск) дисках хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна, что отражено во второй части их названий: ROM (Read Only Memory - только чтение). Производятся такие диски путем штамповки и имеют серебристый цвет.
Информационная емкость CD-ROM диска может достигать 650 Мбайт, а скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кбайт/с. В настоящее время широкое распространение получили 52-скоростные CD-ROM-накопители, которые обеспечивают в 52 раза большую скорость считывания информации (до 7,8 Мбайт/с).
DVD-диски имеют гораздо большую информационную емкость (до 17 Гбайт) по сравнению CD-дисками. Во-первых, используются лазеры с меньшей длиной волны, что позволяет размещать оптические дорожки более плотно. Во-вторых, информация на DVD-дисках может быть записана на двух сторонах, причем в два слоя на одной стороне.
Первое поколение DVD-ROM-накопителей обеспечивало скорость считывания информации примерно 1,3 Мбайт/с. В настоящее время 16-скоростные DVD-ROM-дисководы достигают скорости считывания до 21 Мбайт/с.
Существуют CD-R и DVD-R-диски (R - recordable, записываемый), которые имеют золотистый цвет. Информация на такие диски может быть записана, но только один раз. На дисках CD-RW и DVD-RW (RW - ReWntable, перезаписываемый), которые имеют "платиновый" оттенок, информация может быть записана многократно.
Для записи и перезаписи на диски используются специальные CD-RW и DVD-RW-дисководы, которые обладают достаточно мощным лазером, позволяющим менять отражающую способность участков поверхности в процессе записи диска. Такие дисководы позволяют записывать и считывать информацию с дисков с различной скоростью. Например, маркировка CD-RW-дисковода "40x12x48" означает, что запись CD-R-дисков производится на 40-кратной скорости, запись CD-RW-дисков - на 12-кратной, а чтение - на 48-кратной скорости.
12)))) Оптическая запись выполняется с помощью импульсов лазера, который выжигает в рабочем слое диска углубления, или питы, глубиной около 0,1 мкм (от английского pit — канава, углубление). Для записи аналоговых сигналов используется широтно-импульсная модуляция, при которой длина пита определяется размахом соответствующего отсчета аналогового видеосигнала. Минимальная и максимальная длина пита задаются принятым форматом записи. При цифровой записи используется позиционный принцип, при котором каждому 8-разрядному байту (кодовому слову) отводится участок дорожки строго определенной длины. На этом байтовом интервале можно записать до восьми питов одинаковой минимальной длины. Отсчитывая тактовые импульсы записи, несложно определить, какой пит соответствует тому или иному разряду байтового кодового слова. В пределах байтового интервала наличие пита, например, соответствует логической единице, а его отсутствие — условному нулю. Местоположение пита в пределах байтового интервала определяет соответствующий разряд. ---------------- Принцип магнитной записи электрических сигналов на движущийся магнитный носитель основан на явлении остаточного намагничивания магнитных материалов. Запись и хранение информации на магнитном носителе производится путем преобразования электрических сигналов в соответствующие им изменения магнитного поля, воздействия его на магнитный носитель и сохранения следов этих воздействий в магнитном материале длительное время, благодаря явлению остаточного магнетизма. Воспроизведение электрических сигналов производится путем обратного преобразования При цифровой магнитной записи в магнитную головку поступает ток, при котором поле записи через определенные промежутки времени изменяет свое направление на противоположное. В результате под действием поля рассеяния магнитной головки происходят намагничивание или перемагничивание отдельных участков движущегося магнитного носителя.
14)))) Принцип действия ЖК-монитора
По сути ЖК- ячейка представляет собой электронно-управляемый светофильтр, принцип действия которого основан на эффекте поляризации световой волны. Жидкокристаллическое вещество, размещенное между подложками, имеет молекулы вытянутой формы, называемые нематическшш. Благодаря этому молекулы ЖК- вещества имеют упорядоченную ориентацию, что приводит к появлению оптической анизотропии, при которой показатель преломления ЖК- вещества зависит от направления распространения световой волны. Если нанести на подложки мелкие бороздки, то молекулы ЖК- вещества будут ориентированы вдоль этих бороздок. Другим важным свойством ЖК- вещества является зависимость ориентации молекул от направления внешнего электрического поля. Используя два этих свойства, можно создать электронно-управляемый светофильтр.
ониторы на основе ЭЛТ
Наиболее распространенными устройствами отображения информации являются мониторы на основе ЭЛТ. Принцип действия таких мониторов мало. отличается от принципа действия обычного телевизора и заключается в том, что испускаемый электронной пушкой пучок электронов, попадая на экран, покрытый люминофором, вызывает его свечение. На пути пучка электронов обычно находятся дополнительные электроды: модулятор, регулирующий интенсивность пучка электронов и связанную с ней яркость изображения, фокусирующий электрод, определяющий размер светового пятна, а также размещенные на горловине ЭЛТ катушки отклоняющей системы, позволяющие изменять направление пучка.