Реферат: История вычислительной техники

1. Историяразвития вычислительной техники до появления ЭВМ

1623 г. –В. Шиккард, профессор Тюбингенского университета предложил агрегат,состоящий из суммирующего и множительного устройства.

1642 г. –Блез Паскаль продемонстрировал в Люксембургском дворце машину, которая могласкладывать и вычитать.

1673 г. –немецкий математик и философ Г. Лейбниц представил в Парижской академиивычислитель, выполняющий все 4 арифметических действия.

• 1812–1823 гг.– профессор Кембриджского университета Чарльз Беббидж построил разностнуюмашину, а в 1835 г. он же представил проект аналитической машины (прообразПК): склад, мельница, управляющий. Фрагмент такого вычислителя построил сынученого, а программы для него готовила первый программист Ада Лавлейс (Байрон).

• 1880 г.– Г. Холлерит сконструировал электромеханический перфокарточный табулятор,который использовался при переписи населения в США и в России.

• 1911 г.– механик А.Н. Крылов построил уникальный аналоговый решательдифференциальных уравнений.

• 1918 г.– М.А. Бонч-Бруевич изобрел триггер.

• 1919 г.– академик Н.Н. Павловский создал аналоговую вычислительную машину.

• 1928 г.– основана фирма Motorola для производства электронных узлов вычислителей.

• 1936 г.– английский математик А. Тьюринг опубликовал доказательство того, чтолюбой алгоритм может быть реализован с помощью дискретного автомата.

• 1939 г.– американский инженер Дж. Стибниц создал релейную машину BELL.

• 1939 г.– У. Хьюлетт и Д. Паккард основали компанию для производствакомпонентов первых вычислителей.

• 1946 г.– Джон фон Нейман и Гольдстейн опубликовали статью «Предварительное обсуждениелогической конструкции ЭВМ».

• 1947 г.– Шокли и др. изобрели транзистор.

• 1948 г.– в Массачусетском университете был построен первый компьютер с памятью EDVAC.

• 1949 г.– Морис Уилкс построил компьютер EDSAC в соответствии с принципами фон Неймана.

• 1957 г.– Б. Нойс и Г. Мур открыли первую в мире компанию по производствуполупроводниковых приборов, спустя 10 лет ими была создана фирма «IntelCorporation».

• 1971 г.– сотрудник фирмы Intel Д. Хофф создает первый микропроцессор i4004.

• 1975 г.– рождение корпорации «Microsoft Corporation».

• 1977 г.– Стефен Возняк и Стивен Джобс собирают первый настольный компьютер «Apple».

1981 г. –IBM представляет свой первый персональный компьютер IBM PC.

2. ПоколенияЭВМ, описание, краткая характеристика

Характеристики

Первое 1951–1954 гг.

Второе 1958–1960 гг.

Третье 1965–1966 гг.

Четвертое

Пятое

1976–1979 гг.

1985 г.

1. Элементная база ЦП Электронные лампы Транзисторы Интегральные схемы БИС СБИС СБИС + опто – и крио – электроника 2. Элементная база ОЗУ Электронно-лучевые трубки Ферритовые сердечники Ферритовые сердечники БИС СБИС СБИС 3. Maксимальная емкость ОП в байтах

102

103

104

105

107

108

4. Максимальное быстродействие ЦП в ОС

104

106

107

108

109 + многопроцессорность

1012 + многопроц

5. Языки программиро-вания Машинный код + ассемблер + процедурные языки высокого уровня (ЯВУ) + новые процедурные ЯВУ + непроцедурные ЯВУ + новые непроцедурные ЯВУ 6. Средства связи пользователя с ЭВМ Пульт управления, перфокарты Перфокарты, перфоленты Алфавитно-цифровой терминал Монохромный графический дисплей, клавиатура Цветной графический дисплей, клавиатура, «мышь» и т.д. + устройства голосовой связи с ЭВМ

3. Принципыфон Неймана архитектуры построения ЭВМ

 

· наличиеединого вычислительного устройства, включающего процессор, средства передачиинформации и память;

· линейнаяструктура адресации памяти, состоящей из слов фиксированной длины;

· двоичнаясистема исчисления;

· централизованноепоследовательное управление;

· хранимаяпрограмма;

· низкийуровень машинного языка;

· наличиекоманд условной и безусловной передачи управления;

· АЛУ спредставлением чисел в форме с плавающей точкой.

4. Системысчисления. Функции, разновидности, перевод целых и дробных чисел из однойсистемы счисления в другую

 

Cистема счисления – способ представлениялюбого числа с помощью некоторого алфавита символов, называемых цифрами.

Позиционная система счисления – количественное значение каждой цифрызависит от ее места (позиции) в числе.

Непозиционная система счисления – цифры не меняют своего количественного значенияпри изменении их расположения в числе.

Целое число с основанием P1 переводится в систему счисления с основанием P2 путем последовательногоделения числа Ap1 на основание P2, записанного в виде числа с основанием P1, до получения остатка.

Полученное частное следует вновь делить на основание P2 и этот процесс надоповторять до тех пор, пока частное не станет меньше делителя.

Полученные остатки от деления и последнее частное записываются впорядке, обратном полученному при делении.

Сформированное число и будет являться числом с основанием P2

Дробное число с основанием P1 переводится в системусчисления с основанием P2 путем последовательного умножения Ap1 на основание P2 записанное в виде числас основанием P1.

При каждом умножении целая часть произведения берется в видеочередной цифры соответствующего разряда, а оставшаяся дробная частьпринимается за новое множимое.

Число умножений определяет разрядность полученного результата,представляющего число Ap1, в системе счисления P2

5. Представлениеинформации в ЭВМ. Числовая, текстовая, графическая, видео и звуковая информация

Представлениечисловой информации.

В ЭВМиспользуются три вида чисел:

- сфиксированной точкой,

- сплавающей точкой,

- двоично-десятичноепредставление.

У чисел сфиксированной точкой – строго определенное место точки – или перед первойзначащей цифрой числа (дробное, число по модулю меньше единицы, например0.101), или после последней значащей цифрой числа (целое число, например101.0).

Числа сплавающей точкой представляются в виде мантиссы тa и порядка рa, например число А10=373можно представить в виде 0.373 • 103, при этом тa= 0.373, рa= 3.

Порядок числара определяет положение точки в двоичном числе. Например, А2= (100; 0.101101) – обозначает число А2= 1011.01

Двоично-десятичнаяформа представления двоичных чисел используется при необходимости ввода, выводаи обработки большого количества десятичных данных. Для перевода из десятичнойсистемы в двоичную и наоборот требуется много дополнительных команд.

Вдвоично-десятичной системе каждая цифра десятичного числа представляетсядвоичной тетрадой. Например, А10=3759, А2-10= 00110111 0101 1001.

Значениезнака числа отмечается кодом, отличным
от кодов цифр. Например «+» имеет значение тетрады «1100», а «–» – «1101».

Представлениесимвольной информации

При вводеинформации с клавиатуры кодирование происходит при нажатии клавиши, на которойизображен требуемый символ, при этом в клавиатуре вырабатывается так называемыйscan-код, представляющий собой двоичное число, равное порядковому номеруклавиши.

Опознаниесимвола и присвоение ему внутреннего кода ЭВМ производятся специальнойпрограммой по специальным таблицам: КОИ-7, ASCII, Win-1251, ISO, Unicode.

В системе ASCII закреплены две таблицыкодирования – базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значениякодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255.

Первые 32кода базовой таблицы содержат управляющие коды.

Начиная скода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаковпрепинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.

Втораяполовина таблицы содержит национальные шрифты, символы псевдографики, изкоторых могут быть построены таблицы, специальные математические знаки.

В СССРдействовала системы кодирования КОИ – 7,8 (код обмена информацией,семи-, восьмизначный).

В системах Windows используется кодировкасимволов русского языка Windows-1251.

Система,основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной– UNICODE. Она позволяет обеспечить уникальные коды для 65 536 различныхсимволов.

Представлениевидеоинформации

Может бытьстатической или динамической.

Статическая –текст, рисунки, графики, чертежи, таблицы. Рисунки – плоские – двухмерные иобъемные – трехмерные.

По способу формированиявидеоизображения бывают растровые и векторные.

Растроваяграфика (а) задается массивом точек, векторная (б) – отрезками линий (скоординатами начала, углом наклона и длиной).

6. Арифметическиеосновы ЭВМ. Машинные коды, операции с ними

Все современные ЭВМ имеют достаточно развитую систему команд,включающую десятки и сотни машинных операций. Но выполнение любой операцииосновано на использовании простейших микроопераций типа сложения и сдвиг. Этопозволяет иметь единое арифметико-логическое устройство для выполнения любыхопераций, связанных с обработкой информации.

Машинные коды

Под знак чисел отводится специальный знаковый разряд. Знак«+» кодируется двоичным нулем, а знак «–» – единицей.

В ЭВМ все операции выполняются над числами, представленнымиспециальными машинными кодами. Их использование позволяет обрабатыватьзнаковые разряды чисел так же, как и значащие разряды, а также заменятьоперацию вычитания операцией сложения.

Различают прямой код (П), обратный код (ОК) и дополнительныйкод (ДК) двоичных чисел.

Прямой коддвоичного числа образуется из абсолютногозначения этого числа и кода знака (нуль или единица) перед его старшим числовымразрядом.

Пример 1. А10=+10 А2 =+1010 [A2]п= 0|1010

B10=-15 B2= -1111 [B2]п= 1|1111

Вертикальной линией здесь отмечена условная граница, отделяющаязнаковый разряд от значащих.

Обратный коддвоичного числа образуется по следующему правилу.

Обратный код положительных чисел совпадает с их прямым кодом.

Обратный код отрицательного числа содержит единицу в знаковомразряде числа, а значащие разряды числа заменяются на инверсные, т.е. нулизаменяются единицами, а единицы – нулями.

Дополнительный кодположительных чисел совпадает с их прямым кодом.Дополнительный код отрицательного числа представляет собой результатсуммирования обратного кода числа с единицей младшего разряда (2° – для целыхчисел, 2-к – для дробных).

Сложение (вычитание). Операция вычитания приводится к операциисложения путем преобразования чисел в обратный или дополнительный код. Пустьчисла А>=О и В>=О, тогда операция алгебраического сложения выполняется всоответствии с табл.

Умножение. Умножение двоичных чисел наиболее просто реализуется впрямом коде. Рассмотрим, каким образом оно приводится к операциям сложения исдвигам.

Операция деления, как и в десятичной арифметике, является обратнойоперации умножения. Покажем, что и эта операция приводится к последовательностиопераций сложения и сдвига.

7. Алгебралогики. Булевы функции, способы задания

Алгебралогики – устанавливает основныезаконы формирования и преобразования логических функций. Она позволяетпредставить любую сложную функцию в виде композиции простейших функций.

Существуетнесколько синонимов по отношению к функциям алгебры логики:

• функцииалгебрылогики (ФАЛ);

• переключательныефункции;

• булевскиефункции;

• двоичныефункции.

Всяинформация в ЭВМ представляется в двоичной системе счисления. Поставим всоответствие входным сигналам отдельных устройств ЭВМ соответствующие значения хi, (i=1, n), а выходным сигналам – значенияфункций уj<sub/>(j=1, m)

Зависимости

yj =f(x1, x1,…..xn),

где хi<sub/> — i-й вход; n– число входов; уj– j – й выход; m – число выходов вустройстве, описывают алгоритм работы любого устройства ЭВМ.

Каждая такаязависимость yj, является «булевой функцией» (функцией алгебрылогики) – число возможных состояний её и каждой её независимой переменнойравно двум, а её аргументы определены на множестве {0,1}.

Способыпредставления ФАЛ

Словесный

При этомспособе словесное описание однозначно определяет все случаи, при которых функцияпринимает значения 0 или 1. Например, многовходовая функция ИЛИ может иметьтакое словесное описание: функция принимает значение 1, если хотя бы один изаргументов принимает значение 1, иначе – 0.

Числовой

Функциязадается в виде десятичных (или восьмеричных, или шестнадцатиричных)эквивалентов номеров тех наборов аргументов, на которых функция принимаетзначение 1.

Условие, чтофункция f (x1, x2, x3) = 1 на наборах 1,3,5,6,7 записывается f (1, 3, 5, 6, 7)= 1.

Аналогичнымобразом булева функция может быть задана по нулевым значениям.

При нумерациинаборов переменным x1, x2, x3 ставится в соответствие веса 22, 21,20, т.е. 6 набору соответствует двоичный эквивалент 110, а 1 набору –001.

Табличный

Функциязадается в виде таблицы истинности(соответствия), котораясодержит 2n строк (по числу наборов аргументов), n столбцов по числупеременных и один столбец значений функции. В такой таблице каждому наборуаргументов соответствует значение функции.

Аналитический

Функциязадается в виде алгебраического выражения, получаемого путем применениякаких-либо логических операций к переменным алгебры логики. применяя операцииконъюнкции и дизъюнкции можно задать функцию выражением f (x1, x2, x3) = x1x2 vx3.

Координатный

При этомспособе задания таблица истинности функции представляется в виде координатнойкарты состояний, которая часто называется картой Карно. Такаякарта содержит 2n клеток по числу наборов всевозможных значений nпеременных функции. Переменные функции разбиваются на две группы так, что однагруппа определяет координаты столбца, а другая – координаты строки.

При такoмспособе построения клетка определяется координатами переменных, соответствующихопределенному двоичному набору.

Внутри клеткикарты Карно ставится значение функции на данном наборе.

Переменные встроках и столбцах располагаются так, чтобы соседние клетки карты Карноразличались только в одном разряде переменных, т.е. были соседними.

Такой способпредставления очень удобен для наглядности при минимизации булевых функций.

Диаграмный

Являетсяспособом представления функционирования схемы, реализующей булеву функцию, вовремени. Изображается в виде системы графиков, у которых ось Х соответствуетавтоматному времени (моментам времени), а ось Y соответствует напряжениюдискретных уровней сигналов «логический 0» (0,4 в) и «логическая 1» (2,4 в).

Графический

Функциязадается в виде n-мерного единичного куба, вершинам которогосоответствуют наборы значений аргументов и приписаны значения функции на этихнаборах. Куб назван единичным, так как каждое ребро соединяет вершины, наборыкоторых различаются только по одной переменной, т.е. являются соседними.

Такой способзадания булевых функций иногда называют геометрическим, но чаще всего кубическим.Кубическое представление наиболее пригодно для машинных методов анализа булевыхфункций, так как позволяет компактно представлять булевы функции от большогоколичества переменных.