Принципы построения и возможности современных компьютеров

ОГЛАВЛЕНИЕ  
1. Введение  
2. Теоретическая часть  
2.1 Введение  
2.2. Основные понятия устройства ПК  
2.3 Классификация принципов построения современных компьютеров  
2.4.Характеристика принципов построения современных компьютеров  
2.4.1. Принцип открытой архитектуры  
2.4.2. Принципы Джона фон Неймана  
2.5. Заключение  
3. Практическая часть  
3.1. Общая характеристика  
3.2. Описание алгоритма решения задачи  
3.3. Выбор пакета прикладных программ  
3.4. Проектирование систем выходных документов и графическое  
представление данных по выбранной задаче  
3.5. Результаты выполнения контрольного примера в расчетном и  
формульном виде  
3.6. Инструкции пользователя  
Список литературы  
 
ВВЕДЕНИЕ  
У персонального компьютера есть два важных преимущества по сравнению со всеми другими видами компьютеров: он имеет относительно простое управление и может решать достаточно широкий класс задач. Для квалифицированной работы на ПК необходимо знать характеристики компьютерных устройств, и поэтому выбрана именно эта тема для курсовой работы.  
В теоретической части данной курсовой работы рассмотрены основ-ные принципы построения современных компьютеров: принципы Джона фон Неймана и принцип открытой архитектуры. Приведены достоинства построения ПК на принципах открытой архитектуры и основные состав-ляющие оборудования компьютеров. Раскрыты принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, сформулированные Джоном фон Нейманом в 1945 г.  
В практической части дана таблица с данными, на основе которых проведен расчет чистой прибыли с использованием программы Microsoft Excel, построена инфологическая модель решения задачи и диаграмма. Путем расчетов получены результаты выполнения контрольного примера и сделан вывод о трудоспособности разрабо-танного программного решения.  
Работа выполнена на ПК Microsoft Windows XP Professional Service Pack 1 (Build 2600) Intel® Celeron™ CPU 1100MHz.  
Для выполнения работы использовались программы:  
1. Текстовый редактор «Microsoft Word 2003»  
2. Табличный редактор «Microsoft Excel 2003»  
 
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ  
Название работы: «Общие принципы построения современных ком-пьютеров».  
План:  
2.1. Введение  
2.2. Основные понятия устройства ПК  
2.3. Классификация принципов построения современных компьютеров  
2.4. Характеристика принципов построения современных компьютеров  
2.4.1. Принцип открытой архитектуры  
2.4.2. Принципы Джона фон Неймана  
2.5. Заключение  
 
2.1 ВВЕДЕНИЕ  
Потребность в автоматизации вычислений привела к созданию вначале простейших механических устройств, выполняющих арифметические действия, которые с развитием техники и появлением новых знаний совершенствовались и усложнялись.  
В XVII веке был изобретен арифмометр, выполняющий 4 арифметических действия; в XIX веке была изобретена (но не доведена до конца из-за несовершенства технологии) Аналитическая Машина, которая могла выполнять последовательность команд без участия человека. Программы вводились на перфокартах.  
В 1941-1943 гг. были сконструированы машины вначале на основе электромеханических реле, а затем на основе электронных ламп. Это были машины огромных размеров с очень сложными соединениями, которые постоянно приходилось пересоединять.  
С изобретением транзисторов размеры компьютеров значительно уменьшились. В 1958 г. были изобретены интегральные схемы, у которых на одной пластине размещались все транзисторы и соединения между ними. В 1968 г. был выпущен первый компьютер на интегральных схемах, а в 1970 году фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. Следом была сконструирована интегральная схема, аналогичная по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. В начале 1975 года появился первый компьютер, построенный на основе микропроцессора фирмы Intel.  
 
2.2 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ УСТРОЙСТВА ПК  
- системный блок - объединение большого количества различных компьютерных устройств.  
- клавиатура - устройство для ввода текстовой информации  
- дисплей - устройство вывода текстовой и графической информации  
- принтер - предназначен для вывода текстовой и графической информа-ции на бумагу.  
- мышь - манипулятор для ввода информации в компьютер  
- сканер - для ввода графических изображений в компьютер  
- графопостроитель - устройство для ускорения обработки и вывода трехмерной графики  
- CD-ROM - для работы с компакт дисками  
- факс-модем - устройство для связи между компьютерами через телефонную линию.  
 
2.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРОВ  
Любая ЭВМ имеет два главных устройства - основную память и процессор (арифметико-логическое устройство для обработки данных). К ним добавляются устройства ввода-вывода для общения с машиной (Рис.1).  
Рис. 1. Устройство компьютера  
Рис. 2. Принципы Джона фон Неймана  
 
2.4. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРОВ  
2.4.1. ПРИНЦИП ОТКРЫТОЙ АРХИТЕКТУРЫ  
Принцип открытой архитектуры гласит, что компьютеры собираются из комплектующих, созданных в соответствии с определенными стандартами. Данные стандарты опубликованы и информационно доступны. При этом пользователь имеет возможность самостоятельно вставлять в ПК платы самых разных фирм - производителей и адаптировать свой персональный компьютер к требуемой деятельности.  
До появления персональных компьютеров IBM PC все другие модели были основаны на принципе «закрытой архитектуры», т.е. все аппаратные средства были для конечного пользователя «вещью в себе». После того, как заканчивалась сборка аппарата, он «был обречен на необратимое старение». Если с производства снималась хоть одна деталь, систему можно было выбрасывать.  
То, что IBM PC стали стандартом персональных машин связано с его очень удачной конструкцией. Компьютеры IBM могут быть созданы из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. Если работа любой детали вас не устраивает, ее вынимают и заменяют другой. Ранее, если какая- нибудь деталь снималась с производства, надо было выбрасывать весь прибор. Для IBM PC есть десятки предложений по замене. Компьютеры IBM PC созданы в соответствие с принципом открытой архитектуры.  
Достоинства принципа открытой архитектуры можно рассмотреть на следующем примере: пусть у нас есть простой монофонический плеер. Мы покупаем и вставляем в него устройство для записи звука. В результате получаем монофонический магнитофон. Добавляем вторую колонку и слушаем стерео. Подключаем FM тюнер и получаем магнитолу. Далее осталось сделать еще один шаг, и в результате вместо старого плеера мы имеем - двух кассетную стерео магнитолу. Просто в дополнение к прежним деталям мы докупили несколько новых и соединили их вместе. К сожалению, на практике с магнитофонами данный подход не работает, но с компьютерами все обстоит намного лучше. [2]  
На основной электронной плате компьютера (системной, или мате-ринской) 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 (желтая сборка, белая сборка, красная сборка).  
Основные блоки  
Обычно персональный компьютер состоит из трех частей:  
- системный блок;  
- клавиатура;  
- дисплей.  
В системном блоке располагаются  
- электронные схемы (микропроцессор, ОП, контроллеры устройств);  
- блок питания (преобразует напряжение сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на эл. схемы);  
- НГМД (дисководы);  
- НЖМД (винчестер).  
Дополнительное оборудование  
К системному блоку можно подключать дополнительные устройства ввода-вывода информации чрез специальные гнезда (разъемы) на задней стенке компьютера.  
- принтер;  
- мышь;  
- сканер;  
- графопостроитель;  
- CD-ROM;  
- модем;  
- факс-модем;  
- аудиоплата и т.д.  
Логическое устройство  
- Микропроцессор (мозг компьютера. Производит все вычисления и обработку информацию)  
- Сопроцессор;  
- оперативная память;  
- контроллеры и шина (обмен информацией между ОП и внешними устройствами (ВУ). Такой обмен называется вводом-выводом);  
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 маги-страль по передаче данных, называемую шиной.  
- электронные платы (на материнской плате - МП, сопроцессор, ОП, ши-на);  
- контроллеры портов ввода-вывода  
- параллельные LPT1-LPT4 (принтеры) - быстрее, больше проводов в кабеле.  
- асинхронные последовательные COM1-COM3 (мышь, модем)  
- игровой порт (джойстик).  
 
2.4.2. ПРИНЦИПЫ ДЖОНА ФОН НЕЙМАНА  
В 1945 году знаменитый математик Джон фон Нейман подготовил доклад о машине, которая могла бы хранить программу в своей памяти. Доклад был разослан многим ученым и получил широкую известность, поскольку в нем фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров. Первый компьютер, в котором были воплощены эти принципы, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с принципами фон Неймана. [4]  
1. Принцип программного управления. Из него следует, что про-грамма состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.  
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика ко-манд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды "стоп”. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.  
2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.  
Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).  
Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.  
3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.  
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без "счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.  
 
2.5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ  
В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись, но ещё десять лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер — они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер. А теперь в каждом третьем доме есть компьютер, который уже глубоко вошёл в жизнь самих обитателей дома. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются. Этому в значительной степени способствует распространение персональных ЭВМ, и особенно микроЭВМ. За время, прошедшее с 50-х годов, цифровая ЭВМ превратилась из "волшебного”, но при этом дорогого, уникального и перегретого нагромождения электронных ламп, проводов и магнитных сердечников в небольшую по размерам машину - персональный компьютер, состоящий из миллионов крошечных полупроводниковых приборов, которые упакованы в небольшие пластмассовые коробочки.  
На сегодняшний день компьютерные технологии применяются по-всюду, они управляют работой кассовых аппаратов, следят за работой автомобильных систем зажигания, ведут учёт семейного бюджета, или просто используются в качестве развлекательного комплекса, но это только малая часть возможностей современных компьютеров. Более того, бурный прогресс полупроводниковой микроэлектроники, представляющей собой базу вычислительной техники, свидетельствует о том, что сегодняшний уровень как самих компьютеров, так и областей их применения является лишь слабым подобием того, что наступит в будущем.  
В данной курсовой работе рассмотрены основные принципы построе-ния современного компьютера.  
Принципы фон Неймана, описанные им еще в 1945 году используются и до сих пор. Архитектура компьютеров с ростом технологий постепенно меняется, но принципы адресности, однородности памяти и программного управления остаются неизменны.  
Так как принцип открытой архитектуры позволяет самому конструировать компьютер, то он очень удобен для пользователя. К тому же открытая архитектура двигает прогресс вперед. С появлением ПК – совместимых и принципа открытой архитектуры многие компании стали производить и усовершенствовать аппаратное и программное обеспечение. А жесткая конкуренция способствовала удешевлению компьютеров. Сегодня рынок PC - совместимых компьютеров продолжает развиваться. При разработке новых моделей используются все более совершенные технологии. Поскольку эти типы компьютерных систем используют самое разнообразное программное обеспечение, по-видимому, в течение ближайших 20 лет доминировать на рынке будут компьютеры с открытой архитектурой.  
 
3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ  
Название экономической задачи: «Расчет чистой прибыли по объему выпуска товара, цене и суммарным издержкам».  
План:  
3.1. Общая характеристика задачи.  
3.2. Описание алгоритма решения задачи.  
3.3 . Выбор ППП.  
3.4. Проектирование форм выходных документов и графическое представление данных по выбранной задачи.  
3.5. Результаты выполнения контрольного примера в расчетном и формульном виде.  
3.6. Инструкции пользователя.  
 
3.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  
Название задачи: расчет чистой прибыли по объему выпуска товара, цене и суммарным издержкам.  
Условие задачи: Используя ППП на ПК, необходимо рассчитать оптимальное сочетание цены и количества произведенного товара при максимальном значении получаемой прибыли путем задания переменных издержек на единицу товара (соотношения показателей заданы в шапке таблицы на рис. 38). Наибольшую прибыль обеспечивают такой объем выпуска и цена, при которых предельные издержки максимально приближены к предельной выручке или равны ей.  
Введите текущее значение даты между таблицей и ее названием.  
По данным таблицы постройте гистограмму с заголовком, названием осей координат и легендой.  
Место решения задачи: задача решается экономистом на предпри-ятии.  
Цель: рассчитать оптимальное сочетание цены и количества произведенного товара для получения наибольшей прибыли.  
 
3.2. ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ  
Инфологическая модель решения задачи.  
 
3.3. ВЫБОР ПАКЕТА ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ  
В решении практической части была использована программа «Mi-crosoft Excel 2003» - оптимальная программа для решения задач, про-стая в применении, в которой есть формулы для расчетов и возможность строить таблицы и графики по полученным данным.  
Всеобъемлющий набор инструментальных средств «Microsoft Excel 2003» упрощает создание мощных электронных таблиц, а также их про-верку и анализ совместно с другими пользователями. Пользователям с начальным и средним уровнем подготовки Excel помогает чувствовать себя более уверенно при работе с электронными таблицами (благодаря упрощенному доступу к существующим функциям) и предлагает инфор-мацию, позволяющую избежать многих ошибок. Для опытных пользователей в Excel предусмотрены простые и интуитивно понятные способы выполнения наиболее распространенных задач.  
 
3.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ВЫХОДНЫХ ДОКУМЕНТОВ И ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ДАННЫХ ПО ВЫБРАННОЙ ЗАДАЧЕ  
• таблица с исходными данными [приложение 1];  
• структура шаблона выходной таблицы;  
 
3.5. РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНОГО ПРИМЕРА В РАСЧЕТНОМ И ФОРМУЛЬНОМ ВИДЕ  
Формулы:  
 
ВЫВОД:  
Так как выходные данные, полученные путем расчетов совпадают с данными, полученными при использовании табличного процессора, то разработанное программное решение трудоспособно.  
 
3.6. ИНСТРУКЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ  
Для расчета прибыли на предприятиях лучше всего использовать табличный процессор. Первый шаг – сделать таблицу с исходными данными, которые уже известны (такие, как цена, количество товара и издержки). Затем достаточно просто подсчитать выручку от реализации по данным первой строки, подставив формулу расчета ВЫР = ЦЕН * КОЛ в нужную ячейку, и затем скопировать её в остальные ячейки этого столбца, чтобы выручка высчиталась и по остальным данным таблицы. Для расчета остальных данных таблицы также используется функция вставки формул в ячейки и дальнейшее копирование их в остальные графы.  
 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ  
1.)http://festival.1september.ru/2003_2004/works/101314/2003/site/arx_prins1.htm - Принципы Джона фон Неймана  
2.)http://referatcollection.ru/48374.html  
- Реферат на тему: Аппаратные средства ПК  
3.)http://www.zachetka.ru/referat/preview.aspx?docid=3104  
- Устройство ПЭВМ фирмы IBM. Периферийное оборудование. Назначение и история создания ПЭВМ  
4.)http://de.uspu.ru/Informatics/Metodes/DPP/F/08/11/lec/foneimon.html  
- Электронный учебник по информатике