2. По среде представления и обработки информации:
- механические;
- электромеханические;
- гидравлические;
- пневматические;
- оптические;
- магнитные;
История ВМ.
1833г. – Ч. Бебидж. Ввел программное управление с помощью перфокарт (Англия).
1890г. – Холлерит. Сконструировал табулятор, сумматор и перфоратор.
1944г. – Г. Цузе и Айкен спроектировал Марк1 (релейная вычислительная машина).
1946г. – Моучли, Эккерт сконструировали электронную машину «Эниак».
1950г. – Серийное производство ЭВМ в США.
1951г. – Киев, институт электроники, Лебедев сконструировал МЭСМ.
1954г. – Москва –БЭСМ.
По назначению ЭВМ классифицируются следующим образом:
1. Универсальные;
2. Проблемно-ориентированные;
3. Специализированные.
Режим работы:
1. Однопрограммные ВМ.
1.1. индивидуального пользования.
1.2. машинно-пакетной обработки.
2. Мультипрограммные ВМ.
2.1. пакетная обработка.
2.2. машины коллективного пользования.
2.2.1. без разделения времени.
2.2.2. С разделением времени.
Количество процессоров:
1. Однопроцессорные.
2. Мультипроцессорные.
3. Многомашинные системы.
Классификация по способу объединения и размещения:
1. Сосредоточенные.
2. Системы с телеобъединением или теледоступом.
3. Вычислительные сети.
По особенности функционирования:
- Без режима реального времени.
- С режимом реального времени.
По набору параметров:
1. Супер-ЭВМ – для решения крупномасштабных вычислительных задач, для обслуживания крупных баз данных.
2. Большие ЭВМ – для комплектования ведомственных и региональных центров. Представители: IBM S/390 (1-10 процессоров) – производительность(1,5 – 160мил. Оп/сек).
3. Средние ЭВМ – для управления сложными процессами, используются в качестве серверов. Представители: RS/6000, AS/400.
4. Персональные и профессиональные ЭВМ – для индивидуальных пользователей.
5. Встраиваемые микропроцессоры – бытовая техника.
6. Калькуляторы.
Основные характеристики вычислительных машин.
1. Технические характеристики:
1.1. Внешние:
1.1.1. Производительность.
1.1.2. Быстродействие.
1.1.3. Быстродействие при выполнении операций с плавающей точкой.
1.1.4. Производительность по Гибсону (на наборе задач).
1.1.5. Объем оперативной памяти.
1.1.6. Количество периферийных устройств.
1.2. Внутренние:
1.2.1. Длина слова процессора.
1.2.2. Длина слова ОП.
1.2.3. Наличие буферной (КЕШ) памяти.
1.2.4. Скорость передачи информации ядро ПУ.
2. Эксплуатационные характеристики:
2.1. Потребляемая мощность.
2.2. Габариты.
2.3. Надежность.
2.4. Обслуживаемость.
3. Экономические характеристики:
3.1. цена новой ЭВМ.
3.2. Стоимость обслуживания.
3.3. Стоимость эксплуатационных расходов.
3.4. Общий коэффициент эффективности.
Области и способы применения ЭВМ.
1. Автоматизация вычислений.
2. Системы управления – начиная с 60-х гг. Требования: они должны более дешевые по сравнению с большими машинами. Должны быть более надежными;
3. Задачи искусственного интеллекта.
Этапы и способы применения ЭВМ.
1. Для отдельных научно – технических, финансовых расчетов.
2. Моделирование процессов.
3. Применение ЭВМ как составной части автоматизированных систем.
4. Интеллектуализация автоматизированных систем.
Параметр | Класс задач | |||
Научно-техничес. | Инф - справочн. | Управл. объект | САПР | |
Сложность алгоритма | Высокая | Низкая | Низкая | Высокая |
Объем вычислений на одно входное сообщение | Много | Мало | Мало | Много |
Требуемая мощность | Высокая | Высокая | Низкая | Высокая |
Объем вх/вых информации | Маленький | Большой | Большой | Большой |
Режимы работы | Индивидуальные, пакетные | Индивидуальные, пакетные | Реального времени | Индивидуального |
Существуют две модели ЭВМ:
1. Модель фон Неймана (1945г.). Предусматривает: Автоматическое программное управление решением задач.
2. Совместное хранение программ и данных в ОП. Гарвардская модель (1944г.). Предусматривает выделение памяти под данные и программы.
3. Промежуточная. С использованием ТЕГов и дескрипторов. ТЭГ – указатель вида информации. Дескриптор – таблица, описывающая размещение информации в памяти машины.
При разработке архитектуры ЭВМ нужно учитывать следующие моменты:
1. Общая структура машин.
2. Организация вычислительно процесса.
3. Способы общения пользователя с ЭВМ.
4. Логическая организация представления, хранения и преобразования информации.
5. Логическая организация совместной работы различных устройств.
6. Логическая организация совместной работы аппаратных и программных средств.
Форматы информации:
1 бит (б), 1 байт (8б), слово, поле, запись, файл и т.д.
Поколения ЭВМ | Этапы постановки и решения задачи | |||||
Постановка задачи | Выбор алг-ма | Програмир. На яз. | Организ. Выч. процесса | Получ. Маш. пр. | вычисления | |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 | ||||||
3 | ||||||
4 | ||||||
5 |
Человек – машина – человек
Причины стремительного роста персональных компьютеров.
1. Высокая эффективность применения и малая стоимость по сравнению с другими классами.
2. Возможность индивидуального непосредственного общения с ЭВМ без посредников, программистов и ограничений.
3. Большие возможности при обработке информации.
4. Высокая надежность и простота эксплуатации.
5. Возможность расширения и адаптации к особенностям применения.
6. Наличие развитого ПО для всех сфер человеческой деятельности.
7. Простота использования, основанная на дружественном интерфейсе.
8. Возможность объединения машин в сеть.
9. Возможность подключения к персональным компьютерам различных периферийных устройств. Возможность встраивания ПК в системы САУ.
Информационно – логические основы построения ЭВМ.
Преимущества двоичной системы:
1. Более простая реализация алгоритмов выполнения арифметических и логических операций.
2. Более надежная физическая реализация основных функций.
3. Экономичность и простота аппаратной реализации схем ЭВМ.
Операция сложения с плавающей точкой.
A10=1,375, B11=-0,625, C=A+B
A2=0 1.011, A=0,1375*101
B2=1 0.101=00 1 001=01 1 0101, B=-0,0625*101
Dp=p1 - p2=1.
B2ok=01 1 1010, B2дк=01 1011
А2ok=01 01011, А2дк=0101011
Т.о. 01 11010 0111011
+ +
01 01011 0101011
1 00101 0100110
+1
00110=С2 С10=0,75
С2н=0,011, С10=0,75
Умножение и деление чисел с плавающей точкой.
При умножении/делении порядки складываются/вычитаются. Мантиссы соответственно умножаются или делятся. Знаки результат формируется путем сложения знаков операнда.
Арифметические операции над двоично – десятичными числами.
Каждая цифра десятичного числа кодируется тетрадой, и знак числа кодируется тоже тетрадой.
1. Сложение начинают с младших цифр тетрад и производят с учетом переноса.
2. Знак суммы определяется знаком наибольшего слагаемого.
3. Для того чтобы обеспечить своевременный перенос производится десятичная коррекция. К каждой тетраде добавляется число шесть. В результате осуществленная корректировка суммы – из тетрад, откуда не было переноса, вычитается 6. При этой коррекции переносы из тетрад блокируются.
4. При вычитании к тетраде с большим кодом прибавляется другая тетрада в дополнительном коде. И выбирается знак.
Логические основы ЭВМ.
Количество возможных функций: 22n
При n=0 N=21=2
Yi=0 – заземление;
Или y1=1 – генер.
n=1,то N=4
x | Y0 | Y1 | Y2 | Y3 |
0 1 | 0 0 | 1 1 | 0 1 | 1 0 |
Ген повт инв
Правила алгебры логики.
1. ХV1=1 X*0=0
XV0=X X*1=X
2. XVX=1 X*X=0
XVX=X X*X=X
Законы алгебры логики.
1. Х1Х2=Х2Х1 - коммутативный
2. (Х1Х2)Х3=Х1(Х2Х3) – ассоциативный
3. Х1(Х2VX3)=X1X2VX1X3 – дистрибутивный
4. X1VX1X2=X1(1VX2)=X1*1=X1 – поглощения
5. X1X2VX1X2=X1(X2VX2)=X1*1=X1 – склеивания
6. (FVX)(FVX)=F
7. XVXF=XVF X(XVF)=XF - свертки
8. Правила Де Моргана
- X1VX2=X1X2
- X1X2=X1VX2
Порядок проектирования логических схем.
1. Словесное описание.
2. Формализация описания – запись таблицы истинности.
3. Запись функции в СДНФ или СКНФ.
4. Минимизация.
5. Представление минимизированного выражения в требуемом базисе.
6. Изготовление устройства.
7. Тестирование.
Элементная база ЭВМ.