Контрольная работа по «Информатика»

Четырехразрядный микропроцессор Intel 8004 был разработан в 1971 г. В следующем году был выпущен восьмиразрядный процессор, а в 1973 г. фирма Intel выпустила процессор 8080, который был в 10 раз быстрее, чем 8008, и мог адресовать 64 Кбайт памяти. Это был один из самых серьезных шагов по пути к созданию современных персональных компьютеров. Фирма IBM выпустила свой первый персональный компьютер в 1975 г. Модель 5100 имела 16 Кбайт памяти, встроенный интерпретатор языка BASIC и встроенный кассетный лентопротяжный механизм, который использовался в качестве запоминающего устройства. Дебют IBM PC состоялся в 1981 г. В этот день новый стандарт занял свое место в компьютерной индустрии. Для этого семейства было написано большое количество различных программ. Новая модификация получила название «расширенного» (IBM PC-XT)

Производители отказались от использования магнитофона в  качестве накопителя информации, добавили второй привод для гибких дисков, а  в качестве основного устройства для сохранения данных и программ использовался жесткий диск емкостью 20 МБ. Модель базировалась на использовании микропроцессора - Intel 8088. Вследствие естественного прогресса в области разработки и производства микропроцессорной техники фирма Intel - постоянный партнер IBM - освоила выпуск новой серии процессоров - Intel 80286. Соответственно, появилась и новая модель IBM РС. Она получила название IBM PC-AT. Следующий этап - разработка микропроцессоров Intel 80386 и Intel 80486, которые еще можно встретить и в наши дни. Затем были разработаны процессоры Pentium, которые и являются самыми популярными процессорами на сегодняшний день.

Пятое поколение компьютеров.

В 90-х годах XX в. огромное внимание стало уделяться не столько повышению  технических характеристик компьютеров, сколько их «интеллектуальности», открытой архитектуре и возможностям объединения в сети. Внимание акцентируется на разработке баз знаний, дружественного интерфейса с пользователем, графических средств представления информации и разработке средств макропрограммирования. Четких  определений этого этапа развития средств ВТ нет, поскольку элементная база, на которой основывается данная классификация, осталась прежней - ясно, что все компьютеры, выпускаемые в настоящее время, можно отнести к V поколению.

9. Понятие вычислительной  машины и принципы организации  ее работы, сформулированные Джоном Фон Нейманом.

В 1946 году выдающийся американский математик Джон фон Нейман изложил свои принципы построения вычислительных машин в ставшей классической статье «Предварительное рассмотрение классической конструкции электронно-вычислительного устройства».

Фундаментальными положениями  статьи, не потерявшими свою актуальность в настоящее время, являются:

1.Использование двоичной системы  для представления информации - двоичное  кодирование данных по-прежнему   является информационной основой любого современного компьютера.

2.Принцип хранимой программы  – программа может также храниться  в двоичном коде в той же  самой памяти, что  и обрабатываемые  ею данные. Это явилось поистине революционной идеей, т.к. первоначально программа задавалась путем установке перемычек на специальной коммутационной панели.

3.Архитектура ЭВМ – основными  блоками по Нейману являются  процессор, объединяющий в себе арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления (УУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), внешняя память, устройство ввода и устройство вывода.

Следует отметить, что архитектура  фон Неймана воспроизводилась в  первых двух поколениях ЭВМ, а следующие  поколения дополнялись новыми функциональными блоками.       Архитектура современных ПК основана на магистральномодульном принципе.

Модульный принцип позволяет потребителю  самому подобрать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости его модернизацию. Модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации. Магистраль или системная шина - это набор электронных линий, связывающих воедино по адресации памяти, передачи данных и служебных сигналов процессор, память и периферийные устройства.

Обмен информацией между отдельными устройствами ЭВМ производится по трем многоразрядным шинам, соединяющим все модули: шине данных, шине адресов и шине управления.

Подключение отдельных модулей  компьютера к магистрали на физическом уровне осуществляется с помощью  контроллеров, а на программном обеспечивается драйверами. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и отреагировать на него. За реакцию устройства процессор не отвечает - что функция контроллера. Поэтому внешние устройства ЭВМ заменяемы, и набор таких модулей произволен.

Магистрально-модульная архитектура

Разрядность шины данных задается разрядностью процессора, т. е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт.

Данные по шине данных могут передаваться как от процессора к какому-либо устройству, так и в обратную сторону, т.е. шина данных является двунаправленной. К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода.

Выбор абонента по обмену данными производит процессор, который формирует код адреса данного устройства, а для ОЗУ - код адреса ячейки памяти. Код адреса передается по адресной шине, причем сигналы передаются в одном направлении, от процессора к устройствам, т.е. эта шина является однонаправленной. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией, и сигналы, синхронизирующие взаимодействие устройств, участвующих в обмене информацией.

Внешние устройства к  шинам подключаются посредством интерфейса. Под интерфейсом понимают совокупность различных характеристик какого-либо периферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором. В случае несовместимости интерфейсов (например, интерфейс системной шины и интерфейс винчестера) используют контроллеры.      

Чтобы устройства, входящие в состав компьютера, могли взаимодействовать  с центральным процессором, в IBM-совместимых  компьютерах предусмотрена система прерываний (Interrupts). Система прерываний позволяет компьютеру приостановить текущее действие и переключиться на другие в ответ на поступивший запрос, например, на нажатие клавиши на клавиатуре. Ведь с одной стороны, желательно, чтобы компьютер был занят возложенной на него работой, а с другой - необходима его мгновенная реакция на любой требующий внимания запрос. Прерывания обеспечивают немедленную реакцию системы.

Архитектура компьютера строится согласно принципам фон Неймана.

1. Компьютер состоит  из процессора, памяти и внешних  устройств.

2. Единственным источником активности (не считая стартового и аварийного вмешательства человека-оператора) в ЭВМ является процессор, который в свою очередь управляется программой, находящейся в памяти компьютера.

3. Память состоит из  ячеек, имеющих каждая свой адрес. Каждая ячейка хранит команду программы или некоторую единицу обрабатываемой информации, причем и команда и информация выглядят одинаково (машинное слово).

4. В любой момент  процессор выполняет одну команду  программы, адрес которой находится в специальном регистре процессора - счетчике команд.

5. Обработка информации  происходит только в регистрах  процессора. Информацию в процессор можно ввести из любой ячейки памяти или внешнего устройства и, наоборот, можно направить из процессора в любую ячейку или на внешнее устройство.

6. В каждой команде  программы зашифрованы следующие  предписания:      

а) из каких ячеек памяти взять обрабатываемую информацию;  
     б) какие совершить операции с взятой информацией;  
     в) в какие ячейки памяти направить полученную информацию;  
     г) как изменить содержимое счетчика команд, чтобы знать, откуда взять для выполнения следующую команду.

6. Процессор исполняет программу команда за командой в соответствии с изменением содержимого счетчика команд в памяти, пока не получит команду остановиться. 
   В настоящее время активно используется принцип открытой архитектуры компьютера, который был заложен при разработке ПЭВМ IBM PC. В IBM PC была заложена возможность усовершенствования отдельных частей компьютера и использования новых устройств. Фирма IBM обеспечила возможность сборки компьютера из независимо изготовленных частей. Этот принцип, при котором методы сопряжения различных устройств с IBM PC был стандартизован, известен и доступен всем желающим, был назван принципом открытой архитектуры.
7. Реализация этого принципа такова. На основной электронной плате компьютера (системной, или материнской) размещены только те блоки, которые осуществляют обработку информации. Схемы, управляющие всеми другими устройствами компьютера - монитором, дисками и т.д., реализованы на отдельных платах, которые вставляются в стандартные разъемы на системной плате.

При таком подходе  фирмы IBM к разработке компьютеров  другие фирмы получили возможность разрабатывать различные дополнительные устройства, а пользователи - самостоятельно модернизировать и расширять возможности компьютеров по своему усмотрению. Сейчас многие фирмы производят IBM-совместимые компьютеры и комплектующие к ним.

Обычно персональный компьютер  состоит из трех частей: системный  блок, клавиатура (для организации ввода информации в компьютер), монитор (для отображения текстовой и графической информации).

В системном блоке располагаются  электронные схемы (микропроцессор, ОП, контроллеры устройств), блок питания (преобразует напряжение сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электрические схемы), НГМД (дисководы), НЖМД (винчестер). К системному блоку можно подключать дополнительные устройства ввода-вывода через специальные гнезда (разъемы) на задней стенке компьютера: принтер, мышь, сканер, графопостроитель, модем, факс- модем, звуковые колонки и т.д.

Микропроцессор производит все  вычисления и обработку информацию. Контроллеры и шина осуществляют обмен информацией между ОП и внешними устройствами (ВУ). Для каждого ВУ в компьютере имеется электронная схема, которая им управляет. Эта схема называется контроллером, или адаптером. Все контроллеры взаимодействуют с МП и ОП через системную магистраль по передаче данных, называемую шиной.

Блока питания со встроенным вентилятором для охлаждения устройств внутри системного блока. Его легко определить по заметным размерам. В зависимости от типа компьютера мощность блока питания бывает разной. Энергия расходуется компьютером постоянно и порой совершенно бесполезно, когда компьютер включен, но не используется. Поэтому и появились экономичные модели настольных компьютеров. Проработав некоторое время вхолостую, они впадают «в спячку» - выключается монитор, отключаются и «засыпают» другие энергоемкие устройства. Потребление электроэнергии при этом снижается в несколько раз. Но стоит вам коснуться клавиатуры или мышки, компьютер оживет. Такие компьютеры называют «экономически чистыми», или green – «зелеными».

Микросхемы центрального процессора и оперативной памяти расположены на самой большой электронной плате, которую называют системной или материнской платой (motherboard). Современный центральный процессор представляет собой сверхбольшую интегральную схему (СБИС), размещенную на кремниевом кристалле и выполненную в виде микросхемы или чипа (англ. chip - чип), Называется он микропроцессором. А термин «сверхбольшая» относится не к размерам микросхемы, а к количеству заключенных в ней электронных элементов (до нескольких миллионов). В компьютерную систему могут входить и другие процессоры, отвечающие за обработку информации на своих участках, например, математический сопроцессор, ускоряющий некоторые виды математических операций.

Внутренняя память состоит из трех частей: оперативной (ОЗУ), постоянной (ПЗУ) и кэш-памяти. В отличие от оперативной и кэш-памяти, которые хранят данные, пока есть электропитание, ПЗУ является энергонезависимой и используется для хранения неизменяемой информации. В ней записаны программы, с помощью которых происходит тестирование устройств и загрузка операционной системы. Большая часть этих программ связана с обслуживанием процессов ввода-вывода, и содержимое ПЗУ часто называют BIOS (Basic Input/Output System, или базовая система ввода/вывода). Объем ПЗУ значительно меньше, чем ОЗУ, не превышает несколько сотен Кбайт. Раньше содержимое ПЗУ раз и навсегда формировалось на заводе, теперь современные технологии позволяют обновлять его, даже не извлекая из компьютерной платы.

Микросхемы оперативной памяти монтируются на маленькой плате, снабженной контактами, с помощью которых она вставляется в специальный разъем (слот) на материнской плате. Для расширения возможностей компьютера материнская плата снабжается несколькими такими разъёмами. Кэш-память служит для ускорения работы компьютера (подробнее о ней будет сказано чуть позже). Существует два вида кэш-памяти: внутренняя, размещаемая внутри процессора, и внешняя, устанавливаемая на системной плате.

Для согласованной  работы устройств вывода (монитора, звуковых колонок и других) необходимы средства сопряжения этих устройств  с компьютером: контроллеры (адаптеры), управляющие работой устройства, специальные слоты на материнской плате для установки контроллера и кабели для соединения устройства с контроллером. Все эти средства сопряжения предназначены для стандартизации обмена информацией аппаратуры ПК и называются интерфейсом (по-английски inter - между, face - лицо). Различают аппаратный и программный интерфейс. Для подключения нового периферийного устройства к компьютеру необходимо иметь соответствующий контроллер и подходящую программу-драйвер.