7. Структура эвм по фон Нейману. Принципы фон Неймана.
Первым теоретиком, сформулировавшим основы построения ЭВМ, был знаменитый математик Д. фон Нейман. В 1945 году он подготовил доклад, в котором ясно и просто описал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств. Эти принципы используются до сих пор, они определяют структуру ЭВМ любого поколения. По мнению фон Неймана, ЭВМ состоит из:
Арифметико-логического устройства (АЛУ), предназначенного для выполнения арифметических и логических операций;
Устройства управления (УУ), организующего процесс выполнение программы;
Оперативно запоминающего устройства (ОЗУ), для хранения исходных данных и программ;
Внешнего устройства для ввода и вывода информации.
Рисунок:
Стрелки
указаны пути прохождения информации
и управляющего сигнала. ОЗУ состоит из
пронумерованных ячеек, в каждой из
которых могут находиться или обрабатываться
данные либо команды программы. Номер
ячейки
называется адресом ячейки. Ячейка состоит из разрядов. В современных ЭВМ минимальной адресуемой единицей памяти служит 8 разрядная ячейка памяти – байт. Более крупные ячейки: 2-байтовые – полуслово, 4 – байтовые - слово, 8 – байтовые – двойное слово.
Первый принцип фон Неймана гласит, что все ячейки ОЗУ должны быть одинаково доступны для всех других устройств компьютера, т.е. время доступа для чтения или записи информации должно быть одинаково для всех ячеек памяти и не зависит от момента доступа. Этот принцип называют принципом произвольного доступа к основной памяти.
Второй принцип фон Неймана – принцип хранимой программы. Он гласит: программа, предназначенная для решения поставленной задачи, вводится в ОЗУ с внешнего устройства, и храниться в ней наряду с обрабатываемыми данными. Программа выполняется автоматически по сигналу из устройства управления. Этот принцип делает ЭВМ универсальным средством обработки информации, поскольку для решения новой задачи нужно ввести в память новую программу и соответствующие данные, а не перемонтировать электрические цепи, что делали в машине ENIAC.
Д. фон Нейман сформулировал и другие принципы работы ЭВМ. Например, дублирование важнейших электрических цепей и важнейших электрических цепей и важнейшей информации. Но именно выше описанные два принципа определяют архитектуру ЭВМ.
8. Классификация эвм. Персональные компьютеры.
В настоящее время номенклатура ЭВМ огромна, машины различаются по назначению, мощности, размерам, используемой элементной базы и т.д. Так что, классифицировать ЭВМ можно с разных точек зрения по разным принципам. Обычно ЭВМ классифицируют по производительности и габаритным признакам. Однако, эта классификация условна. В зависимости от размеров компьютеры делят на микро, малые, большие и супер ЭВМ. Супер ЭВМ – компьютер, который по быстродействию и объемам памяти находится на пределе возможного. Однако со временем предел возможного смещается и супер ЭВМ 1976 года, когда появился этот термин, воспринимают, как средний ЭВМ сейчас.
Определение микро ЭВМ носит не столь условный характер. К этому классу относят машины, процессор которых представляет одну интегральную схему. Такой процессор называют микропроцессором. Поскольку на кремневой пластинке в 1 кв. см. по специальной технологии создаются полупроводниковые элементы и соединения между ними.
Современные микропроцессоры содержат несколько миллионов диодов и транзисторов. Микро ЭВМ индивидуального назначения называют ПК. История ПК тесно связана с историей изобретения и производства микропроцессоров.
В 1958 году Джек Килби сумел разместить на пластинке полупроводника несколько транзисторов, т.е. сделал первую микросхему или чип. В 1964 году р. Нойс основатель фирмы Intel придумал способ одновременного размещения на полупроводниковой пластинке транзисторов и всех необходимых соединений между ними.
В 1970 году инженер фирмы Intel Маршал Эдвард Хопф сконструировал интегральную схему аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel 4004. Он мог одновременно обрабатывать 4 бита информации. В 1973 году был. Создан 8 битовый микропроцессор Intel 8008, который до конца 70 гг. стал стандартом микропроцессорной индустрии.
В 1970 году несколько фирм объявили о создании компьютеров с процессором 8008. В 1975 году был выпущен в продажу первый коммерческий распространенный ПК Альтаир 8008. Он имел 256 байт оперативной памяти, у него не было ни монитора, ни клавиатуры. Но он имел большой успех после того, как Пол Аллен и Билл Гейтс создали интерпретатор языка Basic для Альтаира 8008.
Появились фирмы, специализирующиеся на создании программного обеспечения для ПК. Были созданы программы для редактирования текстов, в результате оказалось, что для нужд многих пользователей ПК стали удобнее больших ЭВМ и значительно дешевле. Спрос на большие компьютеры значительно упал. Это вынудило ведущую фирму по производству больших компьютеров IBM принять меры по завоеванию рынка ПК.
В 1979 году в фирме IBM был создан отдел по разработке ПК. Было решено создавать ПК не с нуля. А использовать разработки других фирм. В частности использовался микропроцессор Intel 8088, а программное обеспечение было заказано в фирме Microsoft.
В 1981 году ПК фирмы IBM PC был представлен широкой публике. Он приобрел большую популярность, и стал стандартом ПК. Сейчас IBM PC совместимые компьютеры составляют около 90 % рынка ПК.
ПК – это универсальная теническая система, т.е. состав оборудования, может изменяться по мере необходимости, тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В таком комплекте компьютер обычно поставляется. Понятие базовой конфигурации может изменяться. Сейчас: системный блок, монитор, мышь, клавиатура.