În 1946, D. von Neumann, G. Goldstein și A. Berks, în articolul lor comun, au conturat noi principii pentru construcția și funcționarea computerelor. Ulterior, pe baza acestor principii au fost produse primele două generații de calculatoare. Au existat unele schimbări în generațiile ulterioare, deși principiile lui Neumann sunt și astăzi relevante.

De fapt, Neumann a reușit să rezumă evoluțiile și descoperirile științifice ale multor alți oameni de știință și să formuleze ceva fundamental nou pe baza lor.

Principiul de control al programului: un program constă dintr-un set de comenzi executate de un procesor într-o anumită secvență.

Principiul omogenității memoriei: programele și datele sunt stocate în aceeași memorie.

Principiul de direcționare: Din punct de vedere structural, memoria principală este formată din celule numerotate. Orice celulă este disponibilă procesorului în orice moment.

Calculatoarele construite pe principiile de mai sus sunt de tip von Neumann.

Cea mai importantă consecință a acestor principii este că acum programul nu mai era o parte permanentă a mașinii (cum ar fi, de exemplu, un calculator). A devenit posibil să se schimbe ușor programul. Prin comparație, programul computerului ENIAC (care nu avea un program stocat) a fost determinat de jumperi speciali de pe panou. Ar putea dura mai mult de o zi pentru a reprograma aparatul (setati jumperii diferit). Și deși programele pentru computerele moderne pot dura ani pentru a scrie, dar funcționează pe milioane de computere, instalarea programelor nu necesită investiții semnificative de timp.

Pe lângă cele trei principii de mai sus, von Neumann a propus principiul codificării binare - Sistemul de numere binar este folosit pentru a reprezenta date și comenzi (primele mașini au folosit sistemul de numere zecimal). Dar evoluțiile ulterioare au arătat posibilitatea utilizării sistemelor de numere netradiționale.

La începutul anului 1956, la inițiativa Academicianului S.L. Sobolev, șeful Departamentului de Matematică Computațională de la Facultatea de Mecanică și Matematică a Universității din Moscova, a fost înființat un departament de electronică la centrul de calcul al Universității de Stat din Moscova și a început să funcționeze un seminar cu scopul de a crea un exemplu practic de computer digital destinat utilizării în universități, precum și în laboratoare și birouri de proiectare ale întreprinderilor industriale. A fost necesar să se dezvolte un computer mic, care să fie ușor de învățat și utilizat, fiabil, ieftin și, în același timp, eficient într-o gamă largă de sarcini. Un studiu amănunțit timp de un an al calculatoarelor disponibile la acel moment și al capacităților tehnice ale implementării lor a condus la o decizie nestandard de a utiliza în mașina creată nu un cod binar, ci un cod simetric ternar, implementând un sistem de numere echilibrat, care D. Knuth douăzeci de ani mai târziu l-ar fi numit poate cel mai elegant și, după cum a devenit cunoscut mai târziu, ale cărui avantaje au fost identificate de K. Shannon în 1950. Spre deosebire de codul binar cu numerele 0, 1, care este general acceptat în computerele moderne, care este inferior din punct de vedere aritmetic din cauza imposibilității reprezentării directe a numerelor negative în el, codul ternar cu numerele -1, 0, 1 oferă cea optimă. construirea aritmeticii numerelor cu semne. Sistemul numeric ternar se bazează pe același principiu pozițional de codificare a numerelor ca și sistemul binar adoptat în calculatoarele moderne, dar ponderea i Poziția a-lea (cifră) în ea nu este egală cu 2 i , ci 3 i . Mai mult decât atât, cifrele în sine nu sunt de două cifre (nu biți), ci de trei cifre (trite) - pe lângă 0 și 1, ele permit o a treia valoare, care într-un sistem simetric este -1, datorită căreia ambele pozitive iar numerele negative sunt uniform reprezentabile. Valoarea unui număr întreg de n biți N este determinată în mod similar cu valoarea unui număr întreg de n biți:

unde a i ∈ (1, 0, -1) este valoarea cifrei i-a.

În aprilie 1960, au fost efectuate teste interdepartamentale ale unui computer prototip numit „Setun”. Pe baza rezultatelor acestor teste, „Setun” a fost recunoscut ca primul model de lucru al unui computer universal bazat pe elemente fără lampă, care se caracterizează prin „ performanță ridicată, fiabilitate suficientă, dimensiuni reduse și ușurință de întreținere.” „Setun”, datorită naturaleței codului simetric ternar, s-a dovedit a fi un instrument de calcul cu adevărat universal, ușor de programat și foarte eficient, care s-a dovedit pozitiv, în special, ca mijloc tehnic de predare a matematicii computaționale în peste treizeci de universități. Și la Academia de Inginerie a Forțelor Aeriene. Jukovski, la „Setun” a fost implementat pentru prima dată un sistem automat de instruire pe computer.

Conform principiilor lui von Neumann, un computer este format din:

· unitate aritmetică logică - ALU(ing. ALU, Arithmetic and Logic Unit), care efectuează operații aritmetice și logice; dispozitiv de control -UU, conceput pentru a organiza execuția programelor;

· dispozitive de stocare (stocare), incl. memorie cu acces aleatoriu (RAM - memorie primară) și dispozitiv de stocare extern (ESD); în aproximativ memoria principala datele și programele sunt stocate; un modul de memorie este format din mai multe celule numerotate; fiecare celulă poate conține un număr binar care este interpretat fie ca o comandă, fie ca date;

· la dispozitive de intrare/ieșire, care servesc la transferul de date între computer și mediul extern, constând din diverse dispozitive periferice, care includ memorie secundară, echipamente de comunicații și terminale.

Oferă interacțiune între procesor (ALU și unitatea de control), memoria principală și dispozitivele de intrare/ieșire cu magistrala de sistem .

Arhitectura computerelor Von Neumann este considerată clasică; majoritatea computerelor sunt construite pe ea. În general, când oamenii vorbesc despre arhitectura von Neumann, se referă la separarea fizică a modulului procesorului de programe și dispozitivele de stocare a datelor. Ideea de a stoca programe de calculator în memoria partajată a făcut posibilă transformarea computerelor în dispozitive universale capabile să îndeplinească o gamă largă de sarcini. Programele și datele sunt introduse în memorie de la dispozitivul de intrare printr-o unitate logică aritmetică. Toate comenzile programului sunt scrise în celulele de memorie adiacente, iar datele pentru procesare pot fi conținute în celule arbitrare. Pentru orice program, ultima comandă trebuie să fie comanda de închidere.

Marea majoritate a calculatoarelor de astăzi sunt mașini von Neumann. Singurele excepții sunt anumite tipuri de sisteme pentru calculul paralel, în care nu există contor de programe, conceptul clasic de variabilă nu este implementat și există alte diferențe fundamentale semnificative față de modelul clasic (exemplele includ calculatoarele de streaming și reducere). Aparent, o abatere semnificativă de la arhitectura von Neumann va avea loc ca urmare a dezvoltării ideii de mașini de generația a cincea, în care procesarea informațiilor se bazează nu pe calcule, ci pe concluzii logice.

2.2 Comandă, formate de comandă

O comandă este o descriere a unei operații elementare pe care computerul trebuie să o efectueze.

Structura echipei.

Numărul de biți alocați pentru scrierea unei comenzi depinde de hardware-ul unui anumit model de computer. În acest sens, vom lua în considerare structura unei echipe specifice pentru cazul general.

În general, comanda conține următoarele informații:

Ø codul operatiei care se executa;

Ø instructiuni pentru definirea operanzilor sau a adreselor acestora;

Ø instructiuni pentru plasarea rezultatului rezultat.

Pentru orice mașină dată, trebuie specificat numărul de biți binari alocați în instrucțiune pentru fiecare dintre adresele sale și pentru codul operațional, precum și codurile operaționale reale în sine. Numărul de biți dintr-o instrucțiune alocați la construirea unei mașini pentru fiecare dintre adresele sale determină limita superioară a numărului de celule de memorie a mașinii care au adrese separate: dacă adresa dintr-o instrucțiune este reprezentată de n biți, atunci memoria de acces rapid nu poate conține mai mult de 2 n celule.

Comenzile se execută secvenţial, pornind de la adresa de pornire (punctul de intrare) a programului executabil, adresa fiecărei comenzi ulterioare este cu una mai mare decât adresa comenzii anterioare, dacă nu a fost o comandă de salt.

În mașinile moderne, lungimea instrucțiunilor este variabilă (de obicei de la doi până la patru octeți), iar modalitățile de specificare a adreselor variabile sunt foarte diverse.

Partea de adresă a comenzii poate conține, de exemplu:

operand;

adresa operandului;

Adresa adresei operandului (numărul de octeți de la care se află adresa operandului), etc.

Să luăm în considerare structura opțiunilor posibile pentru mai multe tipuri de comenzi.

Comenzi cu trei adrese.

Comenzi în două sensuri.

Comenzi unicast.

Comenzi neadresate.

Se consideră operația de adunare binară: c = a + b.

Pentru fiecare variabilă din memorie, definim adrese condiționale:

Fie 53 codul operației de adăugare.

În acest caz, structura de comandă cu trei adrese arată astfel:

· Comenzi cu trei adrese.

Procesul de execuție a comenzii este împărțit în următoarele etape:

Următoarea instrucțiune este selectată din celula de memorie, a cărei adresă este stocată în contorul de programe; conținutul contorului este schimbat și acum conține adresa următoarei comenzi în ordine;

Comanda selectată este transmisă dispozitivului de control către registrul de comenzi;

Dispozitivul de control decriptează câmpul de adresă al comenzii;

Pe baza semnalelor de la unitatea de control, valorile operanzilor sunt citite din memorie și scrise în ALU în registre speciale de operanzi;

Unitatea de control decriptează codul de operare și emite un semnal către ALU pentru a efectua operația corespunzătoare asupra datelor;

Rezultatul operației în acest caz este trimis în memorie (în computerele cu uniadresă și cu două adrese rămâne în procesor);

Toate acțiunile anterioare sunt efectuate până când se ajunge la comanda STOP.

2.3 Calculatorul ca automat

„Mașinile electronice digitale cu control program sunt un exemplu de unul dintre cele mai comune tipuri de convertoare de informații discrete în prezent, numite automate discrete sau digitale” (Glushkov V.M. Synthesis of digital automata)

Orice computer funcționează automat (fie că este un computer mare sau mic, un computer personal sau un supercomputer). În acest sens, un calculator ca automat poate fi descris prin schema bloc prezentată în Fig. 2.1.

În paragrafele precedente s-a luat în considerare schema bloc a unui calculator. Pe baza diagramei bloc a computerului și a schemei de circuit a mașinii, putem compara blocurile circuitului mașinii și elementele diagramei bloc ale computerului.

Următoarele sunt incluse în mașină ca elemente executive:

Dispozitiv aritmetic-logic:

· memorie;

· dispozitive de intrare/ieșire a informațiilor.

Elementul de control al mașinii este dispozitivul de control, care asigură de fapt funcționarea automată. După cum sa menționat deja, în dispozitivele de calcul moderne elementul executiv principal este un procesor sau un microprocesor, care conține un ALU, memorie și dispozitiv de control.

Dispozitivele auxiliare ale mașinii pot fi tot felul de mijloace suplimentare care îmbunătățesc sau extind capacitățile mașinii.

Mașină Thuring

mașină Turing (MT)- performer abstract (mașină de calcul abstractă). A fost propus de Alan Turing în 1936 pentru a oficializa conceptul de algoritm.

O mașină Turing este o extensie a unei mașini cu stări finite și, conform tezei Church-Turing, capabil să imite toți interpreții(prin precizarea regulilor de tranziție) care implementează cumva procesul de calcul pas cu pas, în care fiecare pas de calcul este destul de elementar.

Structura unei mașini Turing[

Mașina Turing include un nelimitat în ambele direcții panglică(Sunt posibile mașini Turing care au mai multe benzi infinite), împărțite în celule și dispozitiv de control(numit si cap de citire-scriere(GZCH)), capabil să fie într-unul dintre set de state. Numărul de stări posibile ale dispozitivului de control este finit și specificat cu precizie.

Dispozitivul de control se poate deplasa la stânga și la dreapta de-a lungul benzii, poate citi și scrie caractere ale unui alfabet finit în celule. Se remarcă deosebit gol un simbol care umple toate celulele benzii, cu excepția celor dintre ele (numărul final) pe care sunt scrise datele de intrare.

Dispozitivul de control funcționează conform reguli de tranziție, care reprezintă algoritmul, realizabil această mașină Turing. Fiecare regulă de tranziție instruiește mașina, în funcție de starea curentă și de simbolul observat în celula curentă, să scrie un nou simbol în această celulă, să treacă la o stare nouă și să mute o celulă la stânga sau la dreapta. Unele stări ale mașinii Turing pot fi etichetate ca Terminal, iar a merge la oricare dintre ele înseamnă sfârșitul lucrării, oprirea algoritmului.

Se numește o mașină Turing determinat, dacă fiecare combinație de simbol de stare și panglică din tabel corespunde cel mult unei reguli. Dacă există o pereche „simbol panglică - stare” pentru care există 2 sau mai multe instrucțiuni, o astfel de mașină Turing se numește nedeterminist.

Descrierea mașinii Turing[

O mașină Turing specifică este definită prin enumerarea elementelor setului de litere ale alfabetului A, setului de stări Q și setul de reguli după care funcționează mașina. Au forma: q i a j →q i1 a j1 d k (dacă capul este în starea q i, iar litera a j este scrisă în celula observată, atunci capul trece în starea q i1, în celulă se scrie a j1 în loc de j, capul face o mișcare d k, care are trei opțiuni: o celulă la stânga (L), o celulă la dreapta (R), rămâne pe loc (N)). Pentru fiecare configurație posibilă există exact o regulă (pentru o mașină Turing nedeterministă pot exista mai multe reguli). Nu există reguli doar pentru starea finală, odată în care mașina se oprește. În plus, trebuie să specificați stările finale și inițiale, configurația inițială pe bandă și locația capului mașinii.

Exemplu de mașină Turing[

Să dăm un exemplu de MT pentru înmulțirea numerelor în sistemul numeric unar. Introducerea regulii „q i a j →q i1 a j1 R/L/N” trebuie înțeleasă astfel: q i este starea în care se execută această regulă, a j este datele din celula în care se află capul, q i1 este starea la care se ajunge, un j1 - ceea ce trebuie scris în celulă, R/L/N - comandă pentru a muta.

Arhitectura computerului de John von Neumann

Arhitectura Von Neumann- un principiu binecunoscut al stocării în comun a comenzilor și datelor în memoria computerului. Sistemele de calcul de acest fel sunt adesea denumite „mașini von Neumann”, dar corespondența acestor concepte nu este întotdeauna clară. În general, când oamenii vorbesc despre arhitectura von Neumann, se referă la principiul stocării datelor și instrucțiunilor într-o singură memorie.

principiile von Neumann

Principiile lui Von Neumann[

Principiul omogenității memoriei

Comenzile și datele sunt stocate în aceeași memorie și nu se pot distinge extern în memorie. Ele pot fi recunoscute numai după metoda de utilizare; adică aceeași valoare dintr-o celulă de memorie poate fi folosită ca date, ca comandă și ca adresă, în funcție doar de modul în care este accesată. Acest lucru vă permite să efectuați aceleași operații asupra comenzilor ca și asupra numerelor și, în consecință, deschide o serie de posibilități. Astfel, prin schimbarea ciclică a părții de adresă a comenzii, este posibil să se acceseze elemente succesive ale matricei de date. Această tehnică se numește modificarea comenzii și nu este recomandată din punctul de vedere al programării moderne. Mai utilă este o altă consecință a principiului omogenității, când instrucțiunile dintr-un program pot fi obținute ca urmare a execuției unui alt program. Această posibilitate stă la baza traducerii - traducerea textului programului dintr-o limbă de nivel înalt în limba unui anumit computer.

Principiul de țintire

Din punct de vedere structural, memoria principală este formată din celule numerotate, iar orice celulă este disponibilă procesorului în orice moment. Codurile binare de comenzi și date sunt împărțite în unități de informații numite cuvinte și stocate în celule de memorie, iar pentru a le accesa se folosesc numerele celulelor corespunzătoare - adrese.

Principiul controlului programului

Toate calculele prevăzute de algoritmul pentru rezolvarea problemei trebuie prezentate sub forma unui program format dintr-o succesiune de cuvinte de control - comenzi. Fiecare comandă prescrie o operațiune dintr-un set de operații implementate de computer. Comenzile programului sunt stocate în celulele de memorie secvențiale ale computerului și sunt executate într-o secvență naturală, adică în ordinea poziției lor în program. Dacă este necesar, folosind comenzi speciale, această secvență poate fi schimbată. Decizia de modificare a ordinii de execuție a comenzilor programului se ia fie pe baza unei analize a rezultatelor calculelor anterioare, fie necondiționat.

Tipuri de procesoare

Microprocesor- acesta este un dispozitiv care este unul sau mai multe circuite integrate mari (LSI) care îndeplinesc funcțiile unui procesor de calculator.Un dispozitiv de calcul clasic este format dintr-o unitate aritmetică (AU), un dispozitiv de control (CU), un dispozitiv de stocare (SU). ) și un dispozitiv de intrare-ieșire (I/O) ).

IntelCeleron 400 Socket 370 într-o carcasă din plastic PPGA, vedere de sus.

Există procesoare de diferite arhitecturi.

CISC(ing. ComplexInstructionSetComputing) este un concept de design de procesor care este caracterizat de următorul set de proprietăți:

· un număr mare de comenzi de diferite format și lungime;

· introducerea unui număr mare de moduri diferite de adresare;

· are codare complexă a instrucțiunilor.

Un procesor CISC trebuie să se ocupe de instrucțiuni mai complexe de lungime inegală. O singură instrucțiune CISC se poate executa mai rapid, dar procesarea mai multor instrucțiuni CISC în paralel este mai dificilă.

Facilitarea depanării programelor în asamblare implică aglomerarea unității de microprocesor cu noduri. Pentru a îmbunătăți performanța, frecvența ceasului și gradul de integrare trebuie crescute, ceea ce necesită o tehnologie îmbunătățită și, ca urmare, o producție mai scumpă.

Avantajele arhitecturii CISC[spectacol]

Dezavantajele arhitecturii CISC[spectacol]

RISC(Setul de instrucțiuni redus de calcul). Procesor cu un set de instrucțiuni redus. Sistemul de comandă este simplificat. Toate comenzile au același format cu codare simplă. Memoria este accesată folosind comenzi de încărcare și scriere; comenzile rămase sunt de tip registru-registru. Comanda care intră în CPU este deja împărțită în câmpuri și nu necesită decriptare suplimentară.

O parte din cristal este eliberată pentru a găzdui componente suplimentare. Gradul de integrare este mai mic decât în ​​varianta arhitecturală anterioară, astfel încât sunt permise viteze de ceas mai mici pentru performanțe ridicate. Comanda aglomera mai puțin memoria RAM, procesorul este mai ieftin. Aceste arhitecturi nu sunt compatibile cu software-ul. Depanarea programelor RISC este mai dificilă. Această tehnologie poate fi implementată în software compatibil cu tehnologia CISC (de exemplu, tehnologia superscalară).

Deoarece instrucțiunile RISC sunt simple, sunt necesare mai puține porți logice pentru a le executa, ceea ce reduce în cele din urmă costul procesorului. Dar majoritatea software-ului de astăzi este scris și compilat special pentru procesoarele Intel CISC. Pentru a utiliza arhitectura RISC, programele curente trebuie să fie recompilate și uneori rescrise.

Frecvența ceasului

Frecvența ceasului este un indicator al vitezei cu care comenzile sunt executate de procesorul central.
Tactul este perioada de timp necesară pentru efectuarea unei operații elementare.

În trecutul recent, viteza de ceas a unui procesor central a fost identificată direct cu performanța acestuia, adică cu cât viteza de ceas a procesorului este mai mare, cu atât este mai productivă. În practică, avem o situație în care procesoarele cu frecvențe diferite au aceleași performanțe, deoarece pot executa un număr diferit de instrucțiuni într-un singur ciclu de ceas (în funcție de designul nucleului, lățimea de bandă a magistralei, memoria cache).

Viteza ceasului procesorului este proporțională cu frecvența magistralei sistemului ( vezi mai jos).

Adâncime de biți

Capacitatea procesorului este o valoare care determină cantitatea de informații pe care procesorul central este capabil să o prelucreze într-un singur ciclu de ceas.

De exemplu, dacă procesorul este pe 16 biți, aceasta înseamnă că este capabil să proceseze 16 biți de informații într-un singur ciclu de ceas.

Cred că toată lumea înțelege că cu cât este mai mare adâncimea de biți a procesorului, cu atât volumele mai mari de informații pe care le poate procesa.

De obicei, cu cât capacitatea procesorului este mai mare, cu atât performanța acestuia este mai mare.

În prezent, sunt utilizate procesoare pe 32 și 64 de biți. Dimensiunea procesorului nu înseamnă că acesta este obligat să execute comenzi cu aceeași dimensiune de biți.

Memorie cache

În primul rând, să răspundem la întrebarea, ce este memoria cache?

Memoria cache este o memorie de calculator de mare viteză concepută pentru stocarea temporară a informațiilor (codul programelor executabile și al datelor) necesare procesorului central.

Ce date sunt stocate în memoria cache?

Cel mai des folosit.

Care este scopul memoriei cache?

Faptul este că performanța RAM este mult mai scăzută în comparație cu performanța procesorului. Se pare că procesorul așteaptă să sosească date din RAM - ceea ce reduce performanța procesorului și, prin urmare, performanța întregului sistem. Memoria cache reduce latența procesorului prin stocarea datelor și codului programelor executabile care au fost accesate cel mai frecvent de către procesor (diferența dintre memoria cache și RAM al computerului este că viteza memoriei cache este de zeci de ori mai mare).

Memoria cache, ca și memoria obișnuită, are o capacitate. Cu cât capacitatea memoriei cache este mai mare, cu atât poate lucra cu volume mai mari de date.

Există trei niveluri de memorie cache: memorie cache primul (L1), al doilea (L2) și al treilea (L3). Primele două niveluri sunt cel mai des folosite în computerele moderne.

Să aruncăm o privire mai atentă asupra tuturor celor trei niveluri de memorie cache.

Prima cache level este cea mai rapidă și mai scumpă memorie.

Cache-ul L1 este situat pe același cip cu procesorul și funcționează la frecvența procesorului (deci cea mai rapidă performanță) și este utilizat direct de nucleul procesorului.

Capacitatea cache-ului de prim nivel este mică (datorită costului său ridicat) și este măsurată în kiloocteți (de obicei nu mai mult de 128 KB).

cache L2 este o memorie de mare viteză care îndeplinește aceleași funcții ca cache-ul L1. Diferența dintre L1 și L2 este că acesta din urmă are o viteză mai mică, dar o capacitate mai mare (de la 128 KB la 12 MB), ceea ce este foarte util pentru îndeplinirea sarcinilor care necesită mult resurse.

cache L3 situat pe placa de baza. L3 este semnificativ mai lent decât L1 și L2, dar mai rapid decât RAM. Este clar că volumul lui L3 este mai mare decât volumul lui L1 și L2. Cache-ul de nivel 3 se găsește în computerele foarte puternice.

Numărul de nuclee

Tehnologiile moderne de fabricare a procesoarelor fac posibilă plasarea mai multor nuclee într-un singur pachet. Prezența mai multor nuclee crește semnificativ performanța procesorului, dar asta nu înseamnă că prezența n nucleele oferă performanțe crescute în n o singura data. În plus, problema procesoarelor multi-core este că astăzi există relativ puține programe scrise ținând cont de prezența mai multor nuclee în procesor.

Procesorul multi-core, în primul rând, vă permite să implementați funcția multitasking: distribuirea muncii aplicațiilor între nucleele procesorului. Aceasta înseamnă că fiecare nucleu individual rulează propria aplicație.

Structura plăcii de bază

Înainte de a alege o placă de bază, trebuie să luați în considerare cel puțin superficial structura acesteia. Deși este de remarcat aici că locația prizelor și a altor părți ale plăcii de bază nu joacă un rol special.

Primul lucru la care ar trebui să acordați atenție este soclul procesorului. Aceasta este o mică adâncitură pătrată cu un dispozitiv de fixare.

Pentru cei care sunt familiarizați cu termenul „overlocking” (overclockarea unui computer), ar trebui să acordați atenție prezenței unui radiator dublu. Adesea, plăcile de bază nu au un radiator dublu. Prin urmare, pentru cei care intenționează să își overclockeze computerul în viitor, este recomandabil să se asigure că acest element este prezent pe placă.

Sloturile PCI-Express alungite sunt concepute pentru plăci video, tunere TV, plăci audio și de rețea. Plăcile video necesită lățime de bandă mare și folosesc conectori PCI-Express X16. Pentru alte adaptoare se folosesc conectori PCI-Express X1.

Consultanță de specialitate!Sloturile PCI cu lățimi de bandă diferite arată aproape la fel. Merită să priviți cu atenție conectorii și să citiți etichetele de sub ei pentru a evita dezamăgirile bruște acasă la instalarea plăcilor video.

Conectorii mai mici sunt destinati stick-urilor RAM. De obicei sunt colorate în negru sau albastru.

Chipsetul plăcii este de obicei ascuns sub radiator. Acest element este responsabil pentru funcționarea comună a procesorului și a altor părți ale unității de sistem.

Micii conectori pătrați de pe marginea plăcii sunt folosiți pentru conectarea hard disk-ului. Pe de altă parte există conectori pentru dispozitivele de intrare și ieșire (USB, mouse, tastatură etc.).

Producător

Multe companii produc plăci de bază. Este aproape imposibil să le evidențiezi pe cele mai bune sau mai rele dintre ele. Plata oricărei companii poate fi numită de înaltă calitate. Adesea, chiar și producătorii necunoscuți oferă produse bune.

Secretul este că toate plăcile sunt echipate cu chipset-uri de la două companii: AMD și Intel. Mai mult, diferențele dintre chipset-uri sunt nesemnificative și joacă un rol doar atunci când rezolvă probleme de înaltă specialitate.

Factor de formă

În cazul plăcilor de bază, dimensiunea contează. Factorul de formă standard ATX se găsește în majoritatea computerelor de acasă. Dimensiunea mare și, în consecință, prezența unei game largi de sloturi, vă permite să îmbunătățiți caracteristicile de bază ale computerului.

Versiunea mATX mai mică este mai puțin comună. Posibilitățile de îmbunătățire sunt limitate.

Există și mITX. Acest factor de formă se găsește în computerele de birou bugetare. Îmbunătățirea performanței este fie imposibilă, fie nu are sens.

Adesea procesoarele și plăcile sunt vândute ca set. Cu toate acestea, dacă procesorul a fost achiziționat anterior, este important să vă asigurați că este compatibil cu placa. Privind la soclu, compatibilitatea procesorului și a plăcii de bază poate fi determinată instantaneu.

Chipset

Legătura de conectare a tuturor componentelor sistemului este chipsetul. Chipseturile sunt produse de două companii: Intel și AMD. Nu este prea mare diferență între ele. Cel puțin pentru utilizatorul mediu.

Chipseturile standard constau dintr-un pod nord și sud. Cele mai noi modele Intel constau doar din nord. Acest lucru nu a fost făcut cu scopul de a economisi bani. Acest factor nu reduce în niciun fel performanța chipset-ului.

Cele mai moderne chipset-uri Intel constau dintr-o singură punte, deoarece majoritatea controlerelor sunt acum localizate în procesor, inclusiv controlerul RAM DD3, PCI-Express 3.0 și altele.

Analogiile AMD sunt construite pe un design tradițional cu două poduri. De exemplu, seria 900 este echipată cu un southbridge SB950 și un northbridge 990FX (990X, 970).

Când alegeți un chipset, ar trebui să începeți de la capacitățile podului de nord. Northbridge 990FX poate suporta operarea simultană a 4 plăci video în modul CrossFire. În cele mai multe cazuri, o astfel de putere este excesivă. Dar pentru fanii jocurilor grele sau cei care lucrează cu editori grafici pretențioși, acest chipset va fi cel mai potrivit.

Versiunea ușor redusă a lui 990X poate suporta în continuare două plăci video în același timp, dar modelul 970 funcționează exclusiv cu o singură placă video.

Aspectul plăcii de bază

· subsistem de prelucrare a datelor;

· subsistem de alimentare cu energie electrică;

· blocuri și unități auxiliare (de serviciu).

Principalele componente ale subsistemului de procesare a datelor plăcii de bază sunt prezentate în Fig. 1.3.14.

1 – soclu procesor; 2 – anvelopă față; 3 – pod de nord; 4 – generator de ceas; 5 – magistrală de memorie; 6 – conectori RAM; 7 – conectori IDE (ATA); 8 – conectori SATA; 9 – pod de sud; 10 – conectori IEEE 1394; 11 – conectori USB; 12 – conector de rețea Ethernet; 13 – conectori audio; 14 – magistrală LPC; 15 – Controler Super I/O; 16 – port PS/2;

17 – port paralel; 18 – porturi seriale; 19 – Conector Floppy Disk;

20 – BIOS; 21 – magistrală PCI; 22 – conectori PCI; 23 – conectori AGP sau PCI Express;

24 – magistrală internă; 25 – magistrală AGP/PCI Express; 26 – conector VGA

FPM (Fast Page Mode) este un tip de memorie dinamică.
Numele său corespunde principiului de funcționare, deoarece modulul permite acces mai rapid la datele care se află pe aceeași pagină cu datele transferate în timpul ciclului anterior.
Aceste module au fost utilizate pe majoritatea computerelor bazate pe 486 și pe sistemele Pentium timpurii în jurul anului 1995.

Modulele EDO (Extended Data Out) au apărut în 1995 ca un nou tip de memorie pentru computerele cu procesoare Pentium.
Aceasta este o versiune modificată a FPM.
Spre deosebire de predecesorii săi, EDO începe să preia următorul bloc de memorie în același timp în care trimite blocul anterior către CPU.

SDRAM (Synchronous DRAM) este un tip de memorie cu acces aleatoriu care funcționează atât de rapid încât poate fi sincronizată cu frecvența procesorului, excluzând modurile de așteptare.
Microcircuitele sunt împărțite în două blocuri de celule astfel încât în ​​timp ce se accesează un bit într-un bloc, sunt în curs de desfășurare pregătirile pentru accesarea unui bit într-un alt bloc.
Dacă timpul de accesare a primei informații a fost de 60 ns, toate intervalele ulterioare au fost reduse la 10 ns.
Începând cu 1996, majoritatea chipset-urilor Intel au început să accepte acest tip de modul de memorie, făcându-l foarte popular până în 2001.

SDRAM poate funcționa la 133 MHz, care este de aproape trei ori mai rapid decât FPM și de două ori mai rapid decât EDO.
Majoritatea computerelor cu procesoare Pentium și Celeron lansate în 1999 foloseau acest tip de memorie.

DDR (Double Data Rate) a fost o dezvoltare a SDRAM.
Acest tip de modul de memorie a apărut pentru prima dată pe piață în 2001.
Principala diferență dintre DDR și SDRAM este că, în loc să dubleze viteza de ceas pentru a accelera lucrurile, aceste module transferă date de două ori pe ciclu de ceas.
Acum acesta este standardul principal de memorie, dar deja începe să cedeze loc la DDR2.

DDR2 (Double Data Rate 2) este o variantă mai nouă a DDR, care ar trebui, teoretic, să fie de două ori mai rapidă.
Memoria DDR2 a apărut pentru prima dată în 2003, iar chipset-urile care o suportă au apărut la mijlocul anului 2004.
Această memorie, ca și DDR, transferă două seturi de date pe ciclu de ceas.
Principala diferență dintre DDR2 și DDR este capacitatea de a funcționa la viteze de ceas semnificativ mai mari, datorită îmbunătățirilor aduse designului.
Dar schema de funcționare modificată, care face posibilă obținerea de frecvențe mari de ceas, crește în același timp întârzierile atunci când lucrați cu memorie.

DDR3 SDRAM (memorie cu acces aleatoriu dinamic sincron cu viteză dublă de date, a treia generație) este un tip de memorie cu acces aleatoriu utilizat în calcul ca memorie RAM și memorie video.
A înlocuit memoria DDR2 SDRAM.

DDR3 are o reducere de 40% a consumului de energie în comparație cu modulele DDR2, ceea ce se datorează tensiunii de alimentare mai mici (1,5 V, față de 1,8 V pentru DDR2 și 2,5 V pentru DDR) tensiunii de alimentare a celulelor de memorie.
Reducerea tensiunii de alimentare se realizează prin utilizarea unei tehnologii de proces de 90-nm (inițial, ulterior 65-, 50-, 40-nm) în producția de microcircuite și utilizarea tranzistoarelor cu dublă poartă (care ajută la reducerea curenților de scurgere) .

DIMM-urile cu memorie DDR3 nu sunt compatibile mecanic cu aceleași module de memorie DDR2 (cheia se află într-o locație diferită), așa că DDR2 nu poate fi instalat în sloturile DDR3 (acest lucru se face pentru a preveni instalarea greșită a unor module în loc de altele - acestea tipurile de memorie nu sunt aceleași în funcție de parametrii electrici).

RAMBUS (RIMM)

RAMBUS (RIMM) este un tip de memorie apărut pe piață în 1999.
Se bazează pe DRAM tradițional, dar cu o arhitectură radical schimbată.
Designul RAMBUS face accesul la memorie mai inteligent, permițând pre-accesul la date în timp ce descarcă ușor CPU-ul.
Ideea principală folosită în aceste module de memorie este de a primi date în pachete mici, dar la o viteză de ceas foarte mare.
De exemplu, SDRAM poate transfera 64 de biți de informații la 100 MHz, iar RAMBUS poate transfera 16 biți la 800 MHz.
Aceste module nu au avut succes deoarece Intel a avut multe probleme cu implementarea lor.
Modulele RDRAM au apărut în consolele de jocuri Sony Playstation 2 și Nintendo 64.

RAM înseamnă Random Access Memory - memorie care este accesată prin adresă. Adresele accesate secvenţial pot lua orice valoare, astfel încât orice adresă (sau „celulă”) poate fi accesată independent.

Memoria statistică este o memorie construită din comutatoare statice. Stochează informații atâta timp cât este furnizată energie. De obicei, sunt necesare cel puțin șase tranzistoare pentru a stoca un bit într-un circuit SRAM. SRAM este utilizat în sisteme mici (până la câteva sute de KB de RAM) și este utilizat acolo unde viteza de acces este critică (cum ar fi cache-ul în interiorul procesoarelor sau pe plăcile de bază).

Memoria dinamică (DRAM) a apărut la începutul anilor '70. Se bazează pe elemente capacitive. Ne putem gândi la DRAM ca la o serie de condensatoare controlate prin comutare tranzistoare. Este necesar un singur „tranzistor condensator” pentru a stoca un bit, deci DRAM are mai multă capacitate decât SRAM (și este mai ieftină).
DRAM este organizat ca o matrice dreptunghiulară de celule. Pentru a accesa o celulă, trebuie să selectăm rândul și coloana în care se află acea celulă. De obicei, acest lucru este implementat în așa fel încât partea superioară a adresei să indice un rând, iar partea inferioară a adresei să indice o celulă din rând („coloană”). Din punct de vedere istoric (din cauza vitezei reduse și a pachetelor IC mici la începutul anilor 70), adresa a fost furnizată cipului DRAM în două faze - o adresă de rând cu o adresă de coloană pe aceleași linii. În primul rând, cipul primește adresa de rând și apoi după câteva nanosecunde adresa coloanei este transmisă pe aceeași linie.Cipul citește datele și le transmite la ieșire.În timpul ciclului de scriere, datele sunt primite de cip împreună cu adresa coloanei.Se folosesc mai multe linii de control pentru controlează cipul Semnale RAS (Row Address Strobe) care transmit adresa de rând și, de asemenea, activează întregul cip. Semnale CAS (Column Address Strobe) care transmit adresa coloanei WE (Write Enable) indicând că accesul efectuat este un acces de scriere OE ( Output Enable) deschide bufferele utilizate pentru a transfera date de pe cipul de memorie la „gazdă” (procesor).
FP DRAM

Deoarece fiecare acces la DRAM clasic necesită transferul a două adrese, a fost prea lent pentru mașinile de 25 MHz. FP (Fast Page) DRAM este o variantă a DRAM-ului clasic în care nu este nevoie să transferați adresa de rând în fiecare ciclu de acces. Atâta timp cât linia RAS este activă, rândul rămâne selectat și celulele individuale din acel rând pot fi selectate prin transmiterea numai a adresei coloanei. Deci, în timp ce celula de memorie rămâne aceeași, timpul de acces este mai mic, deoarece este necesară o singură fază de transfer de adrese în majoritatea cazurilor.

EDO (Extended Data Out) DRAM este o variantă a FP DRAM. În FP DRAM, adresa coloanei trebuie să rămână corectă pe toată perioada de transfer de date. Bufferele de date sunt activate numai în timpul ciclului de transmitere a adresei coloanei, de către semnalul de nivel al activității semnalului CAS. Datele trebuie citite din magistrala de date de memorie înainte ca noua adresă de coloană să fie primită pe cip. Memoria EDO stochează date în bufferele de ieșire după ce semnalul CAS revine la starea inactivă și adresa coloanei este eliminată. Adresa coloanei următoare poate fi transmisă în paralel cu citirea datelor. Acest lucru oferă posibilitatea de a utiliza potrivirea parțială atunci când citiți. În timp ce celulele de memorie RAM EDO au aceeași viteză ca și FP DRAM, accesul secvenţial poate fi mai rapid. Deci EDO ar trebui să fie ceva mai rapid decât FP, mai ales pentru acces masiv (ca în aplicațiile grafice).

RAM video se poate baza pe oricare dintre arhitecturile DRAM enumerate mai sus. Pe lângă mecanismul de acces „normal” descris mai jos, VRAM are unul sau două porturi seriale speciale. VRAM este adesea denumită memorie cu două porturi sau cu trei porturi. Porturile seriale conțin registre care pot stoca conținutul unei întregi serii. Este posibil să transferați date dintr-un întreg rând al unei matrice de memorie într-un registru (sau invers) într-un singur ciclu de acces. Datele pot fi apoi citite sau scrise în registrul serial în bucăți de orice lungime. Deoarece un registru este format din celule rapide, statice, accesul la acesta este foarte rapid, de obicei de câteva ori mai rapid decât o matrice de memorie. În majoritatea aplicațiilor obișnuite, VRAM este folosit ca un buffer de memorie pentru ecran. Portul paralel (interfață standard) este folosit de procesor, iar portul serial este folosit pentru a transmite date despre punctele de pe afișaj (sau pentru a citi date dintr-o sursă video).

WRAM este o arhitectură de memorie proprietară dezvoltată de Matrox și (cine altcineva, să-mi amintesc... - Samsung?, MoSys?...). Este similar cu VRAM, dar permite accesul mai rapid de către gazdă. WRAM a fost folosit pe plăcile grafice Matrox Millenium și Millenium II (dar nu și pe Millenium G200 modern).

SDRAM este o reproiectare completă a DRAM, introdusă în anii 90. „S” înseamnă Synchronous, deoarece SDRAM implementează o interfață complet sincronă (și, prin urmare, foarte rapidă). În interiorul SDRAM-ului conține (de obicei două) matrice DRAM. Fiecare matrice are propriul său propriul registru de pagină, care este (un pic) ca registrul de acces serial pe VRAM.SDRAM-ul funcționează mult mai inteligent decât DRAM-ul obișnuit.Întregul circuit este sincronizat cu un semnal de ceas extern.La fiecare bifă de ceas, cipul primește și execută o comandă transmisă de-a lungul liniilor de comandă.Numele liniei de comandă rămân aceleași ca în cipurile DRAM clasice, dar funcțiile lor sunt doar similare cu cele originale.Există comenzi pentru transferul de date între matricea de memorie și registrele de pagină și pentru accesarea datelor din registrele de pagină. Accesul la un registru de pagină este foarte rapid - SDRAM-urile moderne pot transfera un cuvânt nou de date la fiecare 6..10 ns.

Synchronous Graphics RAM este o variantă de SDRAM concepută pentru aplicații grafice. Structura hardware este aproape identică, așa că în cele mai multe cazuri putem schimba SDRAM și SGRAM (vezi carduri Matrox G200 - unele folosesc SD, altele SG). Diferența constă în funcțiile îndeplinite de registrul paginii. SG poate scrie mai multe locații într-un singur ciclu (acest lucru permite umplerea foarte rapidă a culorilor și ștergerea ecranului) și poate scrie doar câțiva biți pe cuvânt (biții sunt selectați printr-o mască de biți stocată de circuitul de interfață). Prin urmare, SG este mai rapid în aplicațiile grafice, deși nu este mai rapid din punct de vedere fizic decât SD în utilizarea „normală”. Funcțiile suplimentare ale SG sunt utilizate de acceleratoarele grafice. Cred că capacitățile de ștergere a ecranului și Z-buffer în special sunt foarte utile.

RAMBUS (RDRAM)

RAMBUS (marca înregistrată a RAMBUS, Inc.) a început să fie dezvoltat în anii 80, deci nu este nou. Tehnologiile RAMBUS moderne combină idei vechi, dar foarte bune și tehnologiile de producere a memoriei de astăzi. RAMBUS se bazează pe o idee simplă: luăm orice bun DRAM, construim un buffer static în cip (ca în VRAM și SGRAM) și oferim o interfață specială, configurabilă electronic, care funcționează la 250..400 MHz. Interfața este de cel puțin două ori mai rapidă decât cea utilizată în SDRAM și, în timp ce timpul de acces aleatoriu este de obicei mai lent, accesul secvenţial este foarte, foarte, foarte rapid.Rețineți că atunci când au fost introduse RDRAM-urile de 250 MHz, majoritatea DRAM-urilor funcționau la frecvențe de 12..25 MHz. RDRAM necesită o interfață specială și o plasare fizică foarte atentă pe Cele mai multe cipuri RDRAM arată foarte diferit de alte DRAM-uri: toate au toate liniile de semnal pe o parte a pachetului (deci au aceeași lungime) și doar 4 linii de alimentare pe cealaltă parte. RDRAM-urile sunt folosite în plăcile grafice bazate pe cipuri Cirrus 546x. Vom vedea în curând RDRAM-urile folosite ca memorie principală în PC-uri.

Dispozitiv cu hard disk.

Hard disk-ul conține un set de plăci, cel mai adesea reprezentând discuri metalice, acoperite cu un material magnetic - platou (oxid de ferită gamma, ferită de bariu, oxid de crom...) și conectate între ele cu ajutorul unui ax (ax, ax).

Discurile în sine (aproximativ 2 mm grosime) sunt realizate din aluminiu, alamă, ceramică sau sticlă. (vezi poza)

Ambele suprafețe ale discurilor sunt folosite pentru înregistrare. Se folosesc 4-9 farfurii. Arborele se rotește cu o viteză mare constantă (3600-7200 rpm)

Rotirea discurilor și mișcarea radicală a capetelor se realizează cu 2 motoare electrice.

Datele sunt scrise sau citite folosind capete de scriere/citire, câte unul pe fiecare suprafață a discului. Numărul de capete este egal cu numărul de suprafețe de lucru ale tuturor discurilor.

Informațiile sunt înregistrate pe disc în locuri strict definite - piste concentrice (piese). Traseele sunt împărțite în sectoare. Un sector conține 512 octeți de informații.

Schimbul de date între RAM și NMD este realizat secvenţial de un număr întreg (cluster). Cluster - lanțuri de sectoare secvențiale (1,2,3,4,...)

Un motor special, folosind un suport, poziționează capul de citire/scriere peste o pistă dată (o mișcă în direcția radială).

Când discul este rotit, capul este situat deasupra sectorului dorit. Evident, toate capetele se mișcă simultan și citesc informații; capetele de date se mișcă simultan și citesc informații de pe piese identice pe unități diferite.

Piesele de hard disk cu același număr de serie pe diferite hard disk-uri se numesc cilindru.

Capetele de citire-scriere se deplasează de-a lungul suprafeței platoului. Cu cât capul este mai aproape de suprafața discului fără a-l atinge, cu atât densitatea de înregistrare admisă este mai mare .

Interfețe pentru hard disk.

IDE (ATA – Advanced Technology Attachment) este o interfață paralelă pentru conectarea unităților, motiv pentru care a fost schimbată (cu ieșire SATA) în PATA (Parallel ATA). Anterior folosit pentru a conecta hard disk-uri, dar a fost înlocuit de interfața SATA. Folosit în prezent pentru conectarea unităților optice.

SATA (Serial ATA) – interfață serială pentru schimbul de date cu unități. Pentru conectare se folosește un conector cu 8 pini. Ca și în cazul PATA, este învechit și este folosit doar pentru lucrul cu unități optice. Standardul SATA (SATA150) a furnizat un debit de 150 MB/s (1,2 Gbit/s).

SATA 2 (SATA300). Standardul SATA 2 a dublat debitul, până la 300 MB/s (2,4 Gbit/s) și permite funcționarea la 3 GHz. SATA standard și SATA 2 sunt compatibile între ele, totuși, pentru unele modele este necesară setarea manuală a modurilor prin rearanjarea jumperilor.

SATA 3, deși conform specificațiilor este corect să-l numim SATA 6Gb/s. Acest standard a dublat viteza de transfer de date la 6 Gbit/s (600 MB/s). Alte inovații pozitive includ funcția de control al programului NCQ și comenzile pentru transferul continuu de date pentru un proces cu prioritate ridicată. Deși interfața a fost introdusă în 2009, nu este încă deosebit de populară în rândul producătorilor și nu se găsește des în magazine. Pe lângă hard disk-uri, acest standard este utilizat în SSD-uri (unități cu stare solidă). Este de remarcat faptul că, în practică, lățimea de bandă a interfețelor SATA nu diferă în ceea ce privește viteza de transfer de date. În practică, viteza de scriere și citire a discurilor nu depășește 100 MB/s. Creșterea performanței afectează doar lățimea de bandă dintre controler și memoria cache a unității.

SCSI (Small Computer System Interface) - un standard utilizat în servere unde este necesară o viteză crescută de transfer de date.

SAS (Serial Attached SCSI) este o generație care a înlocuit standardul SCSI, folosind transmisia de date în serie. La fel ca SCSI, este folosit în stațiile de lucru. Complet compatibil cu interfața SATA.

CF (Compact Flash) – Interfață pentru conectarea cardurilor de memorie, precum și pentru hard disk-uri de 1,0 inchi. Există 2 standarde: Compact Flash Type I și Compact Flash Type II, diferența este de grosime.

FireWire este o interfață alternativă la USB 2.0 mai lent. Folosit pentru a conecta hard disk-uri portabile. Suportă viteze de până la 400 Mb/s, dar viteza fizică este mai mică decât cele obișnuite. La citire și scriere, pragul maxim este de 40 MB/s.

Tipuri de plăci video

Calculatoarele moderne (laptop-urile) sunt disponibile cu diferite tipuri de plăci video, care afectează direct performanța în programele grafice, redarea video și așa mai departe.

În prezent, sunt utilizate 3 tipuri de adaptoare care pot fi combinate.

Să aruncăm o privire mai atentă la tipurile de plăci video:

• integrat;
• discret;
• hibrid;
• două discrete;
• SLI hibrid.

Placa grafica integrata- Aceasta este o opțiune ieftină. Nu are memorie video și procesor grafic. Cu ajutorul chipset-ului, grafica este procesată de procesorul central, RAM este folosită în locul memoriei video. Un astfel de sistem de dispozitiv reduce semnificativ performanța computerului în general și procesarea grafică în special.

Adesea folosit în configurații bugetare de PC sau laptop. Vă permite să lucrați cu aplicații de birou, să vizionați și să editați fotografii și videoclipuri, dar este imposibil să jucați jocuri moderne. Sunt disponibile doar opțiunile vechi cu cerințe minime de sistem.

John von Neumann știa deja la vârsta de opt ani elementele de bază ale matematicii superioare și mai multe limbi străine și clasice. După ce a absolvit Universitatea din Budapesta în 1926, von Neumann a predat în Germania, iar în 1930 a emigrat în Statele Unite și a devenit bursier la Institutul Princeton pentru Studii Avansate.

În 1944, von Neumann și economistul O. Morgenstern au scris cartea „Teoria jocurilor și comportamentul economic”. Această carte conține nu numai teoria matematică a jocurilor, ci și aplicațiile acesteia la științe economice, militare și de altă natură. John von Neumann a fost repartizat grupului de dezvoltare ENIAC ca consultant pe problemele matematice cu care grupul le-a întâlnit.

În 1946, împreună cu G. Goldstein și A. Burks, a scris și publicat raportul „Discuție preliminară asupra designului logic al unui computer electronic”. Deoarece numele lui von Neumann ca fizician și matematician remarcabil era deja bine cunoscut în cercurile științifice largi, i-au fost atribuite toate afirmațiile făcute în raport. Mai mult, arhitectura primelor două generații de calculatoare cu execuție secvențială a instrucțiunilor într-un program a fost numită „arhitectura computerului von Neumann”.

1. Principiul controlului programului

Acest principiu asigură automatizarea proceselor de calcul pe un computer.

Un program constă dintr-un set de comenzi care sunt executate de procesor automat una după alta într-o anumită secvență. Un program este preluat din memorie folosind un contor de programe. Acest registru de procesor mărește secvențial adresa următoarei instrucțiuni stocate în el cu lungimea instrucțiunii. Deoarece comenzile programului sunt localizate în memorie una după alta, un lanț de comenzi este astfel organizat din celule de memorie situate secvenţial. Dacă, după executarea unei comenzi, este necesar să treceți nu la următoarea, ci la alta, se folosesc comenzi de salt condiționate sau necondiționate, care introduc numărul celulei de memorie care conține următoarea comandă în contorul de comenzi. Preluarea comenzilor din memorie se oprește după ce ajungeți și executați comanda „stop”. Astfel, procesorul execută programul automat, fără intervenția omului

2. Principiul omogenității memoriei

Absența unei diferențe fundamentale între program și date a făcut posibil ca computerul să formeze un program pentru el însuși în conformitate cu rezultatul calculelor.

Programele și datele sunt stocate în aceeași memorie. Prin urmare, computerul nu distinge între ceea ce este stocat într-o celulă de memorie dată - un număr, text sau comandă. Puteți efectua aceleași acțiuni asupra comenzilor ca și asupra datelor. Acest lucru deschide o întreagă gamă de posibilități. De exemplu, un program poate fi procesat și în timpul execuției sale, ceea ce vă permite să stabiliți reguli pentru obținerea unora dintre părțile sale în programul propriu-zis (așa este organizată execuția ciclurilor și subrutinelor în program). Mai mult, comenzile dintr-un program pot fi obținute ca rezultate din execuția altui program. Metodele de traducere se bazează pe acest principiu - traducerea textului programului dintr-un limbaj de programare de nivel înalt în limbajul unei anumite mașini.

3. Principiul de țintire

Din punct de vedere structural, memoria principală este formată din celule renumerotate. Orice celulă este disponibilă procesorului în orice moment. Aceasta implică capacitatea de a denumi zonele de memorie, astfel încât valorile stocate în acestea să poată fi accesate sau modificate ulterior în timpul execuției programului folosind numele atribuite.

Von Neumann a descris cum ar trebui să fie un computer pentru ca acesta să fie un instrument universal și convenabil pentru procesarea informațiilor. În primul rând, trebuie să aibă următoarele dispozitive:

Un dispozitiv aritmetico-logic care efectuează operații aritmetice și logice.Un dispozitiv de control care organizează procesul de execuție a programelor.Un dispozitiv de stocare pentru stocarea programelor și a datelor.Dispozitive externe de intrare/ieșire a informațiilor.

Calculatoarele construite pe aceste principii sunt clasificate ca computere von Neumann.

Astăzi, marea majoritate a calculatoarelor, inclusiv IBM PC, sunt compatibile. Dar există și sisteme informatice cu o arhitectură diferită - de exemplu, sisteme pentru calcul paralel.

Principiul coloană-modular al construcției calculatoarelor

Arhitectura computerului se referă la organizarea sa logică, structura, resursele, adică mijloacele unui sistem de calcul. Arhitectura PC-urilor moderne se bazează pe principiul backbone-modular.

Principiul modular permite consumatorului să aleagă configurația computerului de care are nevoie și, dacă este necesar, să o facă upgrade. Organizarea modulară a sistemului se bazează pe principiul coloana vertebrală (bus) al schimbului de informații. O magistrală sau magistrală de sistem este un set de linii electronice care leagă împreună procesorul, memoria și dispozitivele periferice pentru adresarea memoriei, transferul de date și semnalele de service.

Schimbul de informații între dispozitivele computerizate individuale se face prin trei magistrale multi-biți care conectează toate modulele - magistrala de date, magistrala de adrese și magistrala de control.

Conectarea modulelor individuale de calculator la magistrală la nivel fizic se realizează cu ajutorul controlerelor, iar la nivel de software este asigurată de drivere. Controlerul primește semnalul de la procesor și îl decriptează, astfel încât dispozitivul corespunzător să poată primi semnalul și să răspundă la acesta. Procesorul nu este responsabil pentru răspunsul dispozitivului - aceasta este o funcție a controlerului. Prin urmare, dispozitivele externe de computer sunt înlocuibile, iar setul de astfel de module este arbitrar.

Lățimea magistralei de date este determinată de adâncimea de biți a procesorului, adică de numărul de biți binari pe care procesorul îi prelucrează într-un ciclu de ceas.

Datele de pe magistrala de date pot fi transmise atât de la procesor la orice dispozitiv, cât și în direcția opusă, adică magistrala de date este bidirecțională. Principalele moduri de operare ale procesorului care utilizează magistrala de date includ următoarele: scrierea/citirea datelor din RAM și dispozitivele de stocare externe, citirea datelor de la dispozitivele de intrare, trimiterea datelor către dispozitivele de ieșire.

Alegerea unui abonat pentru schimbul de date se face de către procesor, care generează codul de adresă al dispozitivului, iar pentru RAM - codul de adresă al celulei de memorie. Codul de adresă este transmis de-a lungul magistralei de adrese, iar semnalele sunt transmise într-o singură direcție, de la procesor la dispozitive, adică această magistrală este unidirecțională.

Autobuzul de control transmite semnale care determină natura schimbului de informații și semnale care sincronizează interacțiunea dispozitivelor care participă la schimbul de informații.

Dispozitivele externe sunt conectate la magistrală printr-o interfață. O interfață este înțeleasă ca un set de diferite caracteristici ale unui dispozitiv periferic PC care determină organizarea schimbului de informații între acesta și procesorul central. În cazul incompatibilității interfețelor (de exemplu, interfața magistralei de sistem și interfața hard diskului), se folosesc controlere.

Pentru ca dispozitivele incluse în computer să poată interacționa cu procesorul central, calculatoarele compatibile IBM au un sistem de întrerupere. Sistemul de întrerupere permite computerului să întrerupă activitatea curentă și să treacă la altele ca răspuns la o solicitare, cum ar fi apăsarea unei taste de pe tastatură. La urma urmei, pe de o parte, este de dorit ca computerul să fie ocupat cu munca care i-a fost atribuită și, pe de altă parte, este necesar un răspuns instantaneu la orice cerere care necesită atenție. Întreruperile oferă un răspuns imediat al sistemului.

Progresul tehnologiei informatice are loc cu salturi și limite. În fiecare an apar noi procesoare, plăci, unități și alte dispozitive periferice. Creșterea capacităților potențiale ale unui PC și apariția unor componente noi, mai productive, vă fac inevitabil să doriți să vă actualizați computerul. Cu toate acestea, este imposibil să apreciezi pe deplin noile progrese în tehnologia computerelor fără a le compara cu standardele existente.

Dezvoltarea de lucruri noi în domeniul PC-urilor se bazează întotdeauna pe standarde și principii vechi. Prin urmare, cunoașterea lor este un factor fundamental pentru (sau împotriva) alegerii unui nou sistem.

Computerul include următoarele componente:

unitate centrală de procesare (CPU); RAM (memorie);

dispozitive de stocare;

dispozitive de intrare;

dispozitive de ieșire;

dispozitive de comunicare.

Prima mașină de adunare capabilă să efectueze patru operații aritmetice de bază a fost mașina de adunare a celebrului om de știință și filozof francez Blaise Pascal. Elementul principal din acesta a fost o roată dințată, a cărei invenție a devenit în sine un eveniment cheie în istoria tehnologiei informatice. Aș dori să remarc că evoluția în domeniul tehnologiei informatice este neuniformă, spasmodică: perioadele de acumulare de forță sunt înlocuite cu descoperiri în dezvoltare, după care începe o perioadă de stabilizare, în care rezultatele obținute sunt utilizate practic și la în același timp, cunoștințele și forța sunt acumulate pentru următorul salt înainte. După fiecare revoluție, procesul de evoluție atinge un nou nivel, mai înalt.

În 1671, filozoful și matematicianul german Gustav Leibniz a creat și o mașină de adăugare bazată pe o roată dințată cu un design special - roata dințată Leibniz. Adunarea lui Leibniz, ca și adunările predecesorilor săi, a efectuat patru operații aritmetice de bază. Această perioadă s-a încheiat, iar umanitatea, timp de aproape un secol și jumătate, a acumulat forță și cunoștințe pentru următoarea rundă de evoluție a tehnologiei computerelor. Secolele al XVIII-lea și al XIX-lea au fost o perioadă în care diferite științe, inclusiv matematica și astronomia, s-au dezvoltat rapid. Acestea implicau adesea sarcini care necesitau calcule consumatoare de timp și de muncă intensivă.

O altă persoană celebră din istoria computerului a fost matematicianul englez Charles Babbage. În 1823, Babbage a început să lucreze la o mașină pentru calcularea polinoamelor, dar, mai interesant, această mașină, pe lângă producerea directă a calculelor, trebuia să producă rezultate - să le imprime pe o placă negativă pentru imprimare fotografică. Era planificat ca mașina să fie alimentată de un motor cu abur. Din cauza dificultăților tehnice, Babbage nu a putut să-și finalizeze proiectul. Aici, pentru prima dată, a apărut ideea de a folosi un dispozitiv extern (periferic) pentru a scoate rezultatele calculelor. Rețineți că un alt om de știință, Scheutz, a implementat totuși mașina concepută de Babbage în 1853 (s-a dovedit a fi chiar mai mică decât era planificată). Probabil că lui Babbage i-a plăcut mai mult procesul creativ de căutare a ideilor noi decât de a le traduce în ceva material. În 1834, el a subliniat principiile de funcționare a unei alte mașini, pe care a numit-o „Analitică”. Dificultățile tehnice l-au împiedicat din nou să-și realizeze pe deplin ideile. Babbage a reușit să aducă mașina doar la stadiul experimental. Dar ideea este motorul progresului științific și tehnologic. Următoarea mașină a lui Charles Babbage a fost întruchiparea următoarelor idei:

Managementul procesului de productie. Mașina controla funcționarea mașinii de țesut, schimbând modelul țesăturii create în funcție de combinația de găuri pe o bandă de hârtie specială. Această bandă a devenit predecesorul unor astfel de suporturi de informații care ne sunt familiare tuturor ca cărți perforate și benzi perforate.

Programabilitate. Mașina era controlată și de o bandă specială de hârtie cu găuri. Ordinea găurilor de pe el a determinat comenzile și datele procesate de aceste comenzi. Aparatul avea un dispozitiv aritmetic și memorie. Comenzile mașinii au inclus chiar și o comandă de salt condiționat, care a schimbat cursul calculelor în funcție de unele rezultate intermediare.

Contesa Ada Augusta Lovelace, care este considerată primul programator din lume, a luat parte la dezvoltarea acestei mașini.

Ideile lui Charles Babbage au fost dezvoltate și folosite de alți oameni de știință. Așadar, în 1890, la începutul secolului al XX-lea, americanul Herman Hollerith a dezvoltat o mașină care lucra cu tabele de date (primul Excel?). Aparatul era controlat de un program pe carduri perforate. A fost folosit la recensământul din 1890 din SUA. În 1896, Hollerith a fondat compania care a fost predecesorul IBM Corporation. Odată cu moartea lui Babbage, a venit o altă pauză în evoluția tehnologiei de calcul până în anii 30 ai secolului XX. Ulterior, întreaga dezvoltare a omenirii a devenit de neconceput fără computere.

În 1938, centrul dezvoltării s-a mutat pentru scurt timp din America în Germania, unde Konrad Zuse a creat o mașină care, spre deosebire de predecesorii săi, nu funcționa cu numere zecimale, ci cu numere binare. Această mașină era, de asemenea, încă mecanică, dar avantajul ei incontestabil era că implementa ideea procesării datelor în cod binar. Continuându-și munca, Zuse în 1941 a creat o mașină electromecanică, al cărei dispozitiv aritmetic se baza pe un releu. Aparatul poate efectua operații în virgulă mobilă.

De peste mări, în America, s-au lucrat și în această perioadă pentru a crea mașini electromecanice similare. În 1944, Howard Aiken a proiectat o mașină numită Mark-1. Ea, ca și mașina lui Zuse, a lucrat la un releu. Dar pentru că această mașină a fost creată în mod clar sub influența muncii lui Babbage, a funcționat cu date în formă zecimală.

Desigur, din cauza proporției mari de piese mecanice, aceste mașini au fost condamnate.

Patru generații de calculatoare

Până la sfârșitul anilor treizeci ai secolului al XX-lea, nevoia de automatizare a proceselor de calcul complexe a crescut foarte mult. Acest lucru a fost facilitat de dezvoltarea rapidă a unor industrii precum producția de avioane, fizica nucleară și altele. Din 1945 până în prezent, tehnologia computerelor a trecut prin 4 generații în dezvoltarea sa:

Prima generatie

Prima generație (1945-1954) - calculatoare cu tub vid. Sunt vremuri preistorice, epoca apariției tehnologiei informatice. Majoritatea mașinilor din prima generație erau dispozitive experimentale și au fost construite pentru a testa anumite principii teoretice. Greutatea și dimensiunea acestor dinozauri computerizati, care adesea necesitau clădiri separate pentru ei înșiși, au devenit de multă vreme o legendă.

Începând din 1943, un grup de specialiști condus de Howard Aitken, J. Mauchly și P. Eckert în SUA a început să proiecteze un computer bazat pe tuburi vid, mai degrabă decât pe relee electromagnetice. Această mașină se numea ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) și a funcționat de o mie de ori mai rapid decât Mark-1. ENIAC conținea 18 mii de tuburi vidate, ocupa o suprafață de 9x15 metri, cântărea 30 de tone și consuma o putere de 150 de kilowați. ENIAC avea și un dezavantaj semnificativ - era controlat cu ajutorul unui panou de corecție, nu avea memorie și pentru a seta un program a durat câteva ore sau chiar zile pentru a conecta firele în mod corect. Cel mai rău dintre toate neajunsurile a fost nefiabilitatea îngrozitoare a computerului, deoarece aproximativ o duzină de tuburi cu vid au reușit să eșueze într-o zi de funcționare.

Pentru a simplifica procesul de setare a programelor, Mauchly și Eckert au început să proiecteze o nouă mașină care ar putea stoca un program în memoria sa. În 1945, în lucrare a fost implicat celebrul matematician John von Neumann, care a pregătit un raport despre această mașină. În acest raport, von Neumann a formulat clar și simplu principiile generale de funcționare a dispozitivelor de calcul universale, i.e. calculatoare. Aceasta a fost prima mașină operațională construită pe tuburi vidate și a fost dată oficial în funcțiune pe 15 februarie 1946. Au încercat să folosească această mașină pentru a rezolva unele probleme pregătite de von Neumann și legate de proiectul bombei atomice. Apoi a fost transportată la Aberdeen Proving Ground, unde a funcționat până în 1955.

ENIAC a devenit primul reprezentant al primei generații de calculatoare. Orice clasificare este condiționată, dar majoritatea experților au fost de acord că generațiile ar trebui să fie distinse în funcție de baza elementară pe care sunt construite mașinile. Astfel, prima generație pare să fie mașini cu tuburi.

Este necesar de remarcat rolul enorm al matematicianului american von Neumann în dezvoltarea tehnologiei de prima generație. A fost necesar să se înțeleagă punctele tari și punctele slabe ale ENIAC și să se facă recomandări pentru evoluțiile ulterioare. Raportul lui von Neumann și colegii săi G. Goldstein și A. Burks (iunie 1946) a formulat clar cerințele pentru structura calculatoarelor. Multe dintre prevederile acestui raport au fost numite principii Von Neumann.

Primele proiecte de calculatoare casnice au fost propuse de S.A. Lebedev, B.I. Rameev în 1948 În 1949-51. conform proiectului S.A. Lebedev, MESM (mașină de calcul electronică mică) a fost construită. Prima lansare de probă a unui prototip al mașinii a avut loc în noiembrie 1950, iar mașina a fost pusă în funcțiune în 1951. MESM a lucrat într-un sistem binar, cu un sistem de comandă cu trei adrese, iar programul de calcul a fost stocat într-un dispozitiv de stocare operațional. Mașina lui Lebedev cu procesare paralelă a textului a fost o soluție fundamental nouă. A fost unul dintre primele computere din lume și primul de pe continentul european cu un program stocat.

Calculatorul de generația I include și BESM-1 (mașină de calcul electronic mare), a cărui dezvoltare sub conducerea S.A. Lebedeva a fost finalizată în 1952, conținea 5 mii de lămpi, a funcționat fără defecțiuni timp de 10 ore. Performanța a atins 10 mii de operații pe secundă (Anexa 1).

Aproape simultan, computerul Strela a fost proiectat (Anexa 2) sub conducerea lui Yu.Ya. Bazilevski, în 1953. a fost pus in productie. Ulterior, a apărut calculatorul Ural - 1 (Anexa 3), care a marcat începutul unei mari serii de mașini Ural, dezvoltate și puse în producție sub conducerea lui B.I. Rameeva. În 1958 Prima generație de computer M-20 (viteză de până la 20 de mii de operațiuni/s) a fost pus în producție în serie.

Calculatoarele de prima generație aveau viteze de câteva zeci de mii de operații pe secundă. Miezurile de ferită au fost folosite ca memorie internă, iar ALU și unitățile de control au fost construite pe tuburi electronice. Viteza computerului a fost determinată de o componentă mai lentă - memoria internă - și acest lucru a redus efectul general.

Calculatoarele din prima generație au fost orientate spre efectuarea de operații aritmetice. Când s-a încercat să le adapteze la sarcinile de analiză, s-au dovedit a fi ineficiente.

Nu existau încă limbaje de programare ca atare, iar programatorii foloseau instrucțiuni ale mașinii sau asamblatori pentru a-și codifica algoritmii. Acest lucru a complicat și a întârziat procesul de programare.

Până la sfârșitul anilor 50, instrumentele de programare sufereau schimbări fundamentale: s-a făcut o tranziție la automatizarea programării folosind limbaje universale și biblioteci de programe standard. Utilizarea limbilor universale a dus la apariția traducătorilor.

Programele au fost executate sarcină cu sarcină, adică. operatorul trebuia să monitorizeze progresul sarcinii și, când s-a ajuns la final, să inițieze următoarea sarcină.

A doua generație

În a doua generație de calculatoare (1955-1964), în locul tuburilor cu vid au fost folosiți tranzistori, iar miezurile magnetice și tamburele magnetice, strămoșii îndepărtați ai hard disk-urilor moderne, au început să fie folosite ca dispozitive de memorie. Toate acestea au făcut posibilă reducerea drastică a dimensiunii și costului computerelor, care apoi au început să fie construite pentru vânzare pentru prima dată.

Dar principalele realizări ale acestei epoci aparțin domeniului programelor. Pe a doua generație de computere a apărut pentru prima dată ceea ce se numește acum un sistem de operare. În același timp, au fost dezvoltate primele limbaje de nivel înalt - Fortran, Algol, Cobol. Aceste două îmbunătățiri importante au făcut scrierea programelor de calculator mult mai ușoară și mai rapidă; Programarea, deși rămâne o știință, capătă caracteristicile unui meșteșug.

În consecință, sfera aplicațiilor informatice sa extins. Acum nu mai erau doar oamenii de știință cei care puteau conta pe accesul la tehnologia de calcul; calculatoarele au fost folosite în planificare și management, iar unele firme mari și-au computerizat chiar contabilitatea, anticipând moda cu douăzeci de ani.

Semiconductorii au devenit baza elementară a celei de-a doua generații. Fără îndoială, tranzistoarele pot fi considerate unul dintre cele mai impresionante miracole ale secolului al XX-lea.

Un brevet pentru descoperirea tranzistorului a fost eliberat în 1948 americanilor D. Bardeen și W. Brattain, iar opt ani mai târziu aceștia, împreună cu teoreticianul V. Shockley, au devenit laureați ai Premiului Nobel. Vitezele de comutare ale primelor elemente de tranzistor s-au dovedit a fi de sute de ori mai mari decât cele ale elementelor tubulare, precum și fiabilitatea și eficiența. Pentru prima dată, memoria de pe miezurile de ferită și peliculele magnetice subțiri a început să fie utilizată pe scară largă, iar elementele inductive – parametrii – au fost testate.

Primul computer de bord pentru instalare pe o rachetă intercontinentală, Atlas, a fost pus în funcțiune în Statele Unite în 1955. Aparatul folosea 20 de mii de tranzistori și diode, consuma 4 kilowați.În 1961, calculatoarele întinse de la sol Barrows controlau zborurile spațiale ale rachetelor Atlas, iar mașinile IBM controlau zborul astronautului Gordon Cooper. Computerul a controlat zborurile navelor spațiale fără pilot de tip Ranger către Lună în 1964, precum și navele spațiale Mariner către Marte. Calculatoarele sovietice îndeplineau funcții similare.

În 1956, IBM a dezvoltat capete magnetice plutitoare pe o pernă de aer. Invenția lor a făcut posibilă crearea unui nou tip de memorie - dispozitive de stocare pe disc, a căror importanță a fost pe deplin apreciată în deceniile următoare ale dezvoltării tehnologiei de calcul. Primele dispozitive de stocare pe disc au apărut în mașinile IBM-305 și RAMAC (Anexa 4). Acesta din urmă avea un pachet format din 50 de discuri metalice acoperite magnetic care se roteau cu o viteză de 12.000 rpm. Suprafața discului conținea 100 de piste pentru înregistrarea datelor, fiecare conținând 10.000 de caractere.

Primele calculatoare mainframe produse în serie cu tranzistori au fost lansate în 1958 simultan în SUA, Germania și Japonia.

Apar primele minicalculatoare (de exemplu, PDP-8 (Anexa 5)).

În Uniunea Sovietică, primele mașini fără lampă „Setun”, „Razdan” și „Razdan-2” au fost create în 1959-1961. În anii 60, designerii sovietici au dezvoltat aproximativ 30 de modele de calculatoare cu tranzistori, dintre care majoritatea au început să fie produse în masă. Cel mai puternic dintre ei, Minsk-32, a efectuat 65 de mii de operațiuni pe secundă. Au apărut familii întregi de vehicule: „Ural”, „Minsk”, BESM.

Deținătorul recordului în rândul calculatoarelor din a doua generație a fost BESM-6 (Anexa 6), care avea o viteză de aproximativ un milion de operații pe secundă - una dintre cele mai productive din lume. Arhitectura și multe soluții tehnice din acest computer au fost atât de progresive și înainte de vremea lor încât a fost folosit cu succes aproape până în epoca noastră.

În special pentru automatizarea calculelor inginerești la Institutul de Cibernetică al Academiei de Științe a RSS Ucrainei sub conducerea academicianului V.M. Glushkov a dezvoltat calculatoarele MIR (1966) și MIR-2 (1969). O caracteristică importantă a mașinii MIR-2 a fost utilizarea unui ecran de televiziune pentru controlul vizual al informațiilor și a unui stilou luminos, cu ajutorul căruia a fost posibilă corectarea datelor direct pe ecran.

Construcția unor astfel de sisteme, care includea aproximativ 100 de mii de elemente de comutare, ar fi pur și simplu imposibilă pe baza tehnologiei lămpii. Astfel, a doua generație s-a născut în profunzimea primei, adoptând multe dintre trăsăturile sale. Cu toate acestea, la mijlocul anilor 60, boom-ul în domeniul producției de tranzistori a atins maximul - a avut loc saturarea pieței. Cert este că asamblarea echipamentelor electronice a fost un proces foarte laborios și lent, care nu se preta bine mecanizării și automatizării. Astfel, condițiile sunt propice pentru o tranziție la o nouă tehnologie care să găzduiască complexitatea tot mai mare a circuitelor prin eliminarea conexiunilor tradiționale dintre elementele acestora.

A treia generatie

În cele din urmă, în a treia generație de calculatoare (1965-1974), au început să fie folosite pentru prima dată circuitele integrate - dispozitive întregi și unități de zeci și sute de tranzistori, realizate pe un singur cristal semiconductor (ceea ce acum se numește microcircuite). În același timp, a apărut memoria semiconductoare, care este încă folosită în computerele personale ca RAM pe tot parcursul zilei. Prioritatea în inventarea circuitelor integrate, care a devenit baza elementară a calculatoarelor din a treia generație, aparține oamenilor de știință americani D. Kilby și R. Noyce, care au făcut această descoperire independent unul de celălalt. Producția de masă a circuitelor integrate a început în 1962, iar în 1964 trecerea de la elementele discrete la cele integrate a început să aibă loc rapid. Menționatul ENIAK, cu dimensiunile 9x15 metri, în 1971 ar fi putut fi asamblat pe o placă de 1,5 centimetri pătrați. A început transformarea electronicii în microelectronice.

În acești ani, producția de calculatoare a căpătat o scară industrială. IBM, care devenise lider, a fost primul care a implementat o familie de calculatoare - o serie de computere care erau pe deplin compatibile între ele, de la cele mai mici, de dimensiunea unui mic dulap (nu făcuseră niciodată ceva mai mic atunci), la cele mai puternice și scumpe modele. Cea mai răspândită în acei ani a fost familia System/360 de la IBM, pe baza căreia a fost dezvoltată seria de calculatoare ES în URSS. În 1973, a fost lansat primul model de computer din seria ES, iar din 1975 au apărut modelele ES-1012, ES-1032, ES-1033, ES-1022, iar mai târziu ES-1060, mai puternic.

Ca parte a celei de-a treia generații, în SUA a fost construită o mașină unică „ILLIAK-4”, care în versiunea sa originală a fost planificată să folosească 256 de dispozitive de procesare a datelor realizate pe circuite integrate monolitice. Proiectul a fost modificat ulterior din cauza costului destul de mare (mai mult de 16 milioane de dolari). Numărul de procesoare a trebuit să fie redus la 64 și, de asemenea, trecut la circuite integrate cu un grad scăzut de integrare. O versiune scurtată a proiectului a fost finalizată în 1972; viteza nominală a ILLIAC-4 a fost de 200 de milioane de operațiuni pe secundă. Timp de aproape un an, acest computer a deținut recordul de viteză de calcul.

La începutul anilor ’60, au apărut primele minicalculatoare – computere mici, cu putere redusă, accesibile firmelor sau laboratoarelor mici. Minicalculatoarele au reprezentat primul pas către calculatoarele personale, prototipurile cărora au fost lansate abia la mijlocul anilor '70. Cunoscuta familie de minicalculatoare PDP de la Digital Equipment a servit drept prototip pentru seria de mașini sovietice SM.

Între timp, numărul de elemente și conexiuni dintre ele care se potrivesc într-un singur microcircuit creștea constant, iar în anii 70, circuitele integrate conțineau deja mii de tranzistori. Acest lucru a făcut posibilă combinarea majorității componentelor computerului într-o singură parte mică - ceea ce a făcut Intel în 1971, lansând primul microprocesor, care era destinat calculatoarelor desktop care tocmai apăruseră. Această invenție a fost menită să producă o adevărată revoluție în următorul deceniu - la urma urmei, microprocesorul este inima și sufletul computerului nostru personal.

Dar asta nu este tot - într-adevăr, trecerea anilor 60 și 70 a fost o perioadă fatidică. În 1969, s-a născut prima rețea globală de calculatoare - embrionul a ceea ce numim acum Internet. Și în același 1969 au apărut simultan sistemul de operare Unix și limbajul de programare C, care au avut un impact uriaș asupra lumii software și își menține în continuare poziția de lider.

A patra generație

O altă schimbare în baza elementului a dus la o schimbare a generațiilor. În anii '70, se lucra în mod activ pentru a crea circuite integrate mari și ultra-mari (LSI și VLSI), care au făcut posibilă plasarea a zeci de mii de elemente pe un singur cip. Acest lucru a dus la o reducere semnificativă suplimentară a dimensiunii și costului computerelor. Lucrul cu software-ul a devenit mai ușor de utilizat, ceea ce a dus la o creștere a numărului de utilizatori.

În principiu, cu un astfel de grad de integrare a elementelor, a devenit posibil să se încerce să se creeze un computer complet funcțional pe un singur cip. Au fost făcute încercări adecvate, deși au fost întâmpinați în mare parte cu un zâmbet neîncrezător. Probabil că ar fi mai puține dintre aceste zâmbete dacă ar fi posibil să se prevadă că această idee ar provoca dispariția calculatoarelor mainframe în doar un deceniu și jumătate.

Cu toate acestea, la începutul anilor 70, Intel a lansat microprocesorul (MP) 4004. Și dacă înainte de asta existau doar trei direcții în lumea computerelor (supercalculatoare, mainframe și minicalculatoare), acum li s-a adăugat o alta - microprocesor. În general, un procesor este înțeles ca o unitate funcțională a unui computer concepută pentru prelucrarea logică și aritmetică a informațiilor bazată pe principiul controlului microprogramelor. Pe baza implementării hardware, procesoarele pot fi împărțite în microprocesoare (toate funcțiile procesorului sunt complet integrate) și procesoare cu integrare scăzută și medie. Structural, acest lucru se exprimă prin faptul că microprocesoarele implementează toate funcțiile procesorului pe un singur cip, în timp ce alte tipuri de procesoare le implementează prin conectarea unui număr mare de cipuri.

Așadar, primul microprocesor 4004 a fost creat de Intel la începutul anilor 70. Era un dispozitiv de calcul paralel pe 4 biți, iar capacitățile sale erau sever limitate. 4004 putea efectua patru operații aritmetice de bază și a fost utilizat inițial doar în calculatoarele de buzunar. Ulterior, domeniul său de aplicare a fost extins pentru a include utilizarea în diverse sisteme de control (de exemplu, pentru controlul semafoarelor). Intel, după ce a prevăzut corect promisiunea microprocesoarelor, a continuat dezvoltarea intensivă, iar unul dintre proiectele sale a dus în cele din urmă la un succes major, care a predeterminat calea viitoare de dezvoltare a tehnologiei computerelor.

Acesta a fost proiectul de dezvoltare a procesorului 8080 pe 8 biți (1974). Acest microprocesor avea un sistem de comandă destul de dezvoltat și era capabil să împartă numere. A fost folosit pentru a crea computerul personal Altair, pentru care tânărul Bill Gates a scris unul dintre primii săi interpreți în limbajul BASIC. Probabil că din acest moment ar trebui numărată a 5-a generație.

A cincea generație

Tranziția la calculatoare de generația a cincea a implicat o tranziție la noi arhitecturi menite să creeze inteligență artificială.

Se credea că arhitectura de computer de a cincea generație va conține două blocuri principale. Unul dintre ele este computerul în sine, în care comunicarea cu utilizatorul este realizată de o unitate numită „interfață inteligentă”. Sarcina interfeței este de a înțelege textul scris în limbaj natural sau vorbire și de a traduce enunțul problemei astfel enunțat într-un program de lucru.

Cerințe de bază pentru calculatoarele din generația a 5-a: Crearea unei interfețe om-mașină dezvoltate (recunoaștere vorbire, recunoaștere imagini); Dezvoltarea programării logice pentru crearea bazelor de cunoștințe și a sistemelor de inteligență artificială; Crearea de noi tehnologii în producția de echipamente informatice; Crearea de noi arhitecturi de calculatoare și sisteme de calcul.

Noile capacități tehnice ale tehnologiei informatice ar fi trebuit să extindă gama de sarcini de rezolvat și să facă posibilă trecerea la sarcinile de creare a inteligenței artificiale. Una dintre componentele necesare pentru crearea inteligenței artificiale este bazele de cunoștințe (bazele de date) din diverse domenii ale științei și tehnologiei. Crearea și utilizarea bazelor de date necesită sisteme de calcul de mare viteză și o cantitate mare de memorie. Calculatoarele de uz general sunt capabile să efectueze calcule de mare viteză, dar nu sunt potrivite pentru a efectua operații de comparare și sortare de mare viteză pe volume mari de înregistrări, stocate de obicei pe discuri magnetice. Pentru a crea programe care umple, actualizează și lucrează cu baze de date, au fost create limbaje de programare logice și orientate pe obiecte care oferă cele mai mari capacități în comparație cu limbajele procedurale convenționale. Structura acestor limbaje necesită o tranziție de la arhitectura computerizată tradițională von Neumann la arhitecturi care țin cont de cerințele sarcinilor de creare a inteligenței artificiale.

Clasa de supercalculatoare include calculatoare care au performanța maximă la momentul lansării lor, sau așa-numitele computere din generația a 5-a.

Primele supercalculatoare au apărut deja în rândul calculatoarelor din a doua generație (1955 - 1964, vezi calculatoare din a doua generație); au fost concepute pentru a rezolva probleme complexe care necesitau calcule de mare viteză. Acestea sunt LARC de la UNIVAC, Stretch de la IBM și CDC-6600 (familia CYBER) de la Control Data Corporation, au folosit metode de procesare paralelă (creșterea numărului de operațiuni efectuate pe unitatea de timp), pipelining de comandă (când în timpul executării unei comenzi). al doilea este citit din memorie și pregătit pentru execuție) și procesare paralelă folosind o structură de procesor complexă constând dintr-o matrice de procesoare de date și un procesor de control special care distribuie sarcinile și controlează fluxul de date în sistem. Calculatoarele care rulează mai multe programe în paralel folosind mai multe microprocesoare sunt numite sisteme multiprocesoare. Până la mijlocul anilor '80, lista celor mai mari producători de supercomputere din lume includea Sperry Univac și Burroughs. Primul este cunoscut, în special, pentru sistemele sale centrale UNIVAC-1108 și UNIVAC-1110, care au fost utilizate pe scară largă în universități și organizații guvernamentale.

În urma fuziunii dintre Sperry Univac și Burroughs, UNISYS combinat a continuat să susțină ambele linii mainframe, menținând în același timp compatibilitatea ascendentă în fiecare. Acesta este un indiciu clar al regulii imuabile care a susținut dezvoltarea mainframe-urilor - păstrarea funcționalității software-ului dezvoltat anterior.

Intel este faimos și în lumea supercomputerelor. Calculatoarele multiprocesoare Intel Paragon din familia structurilor multiprocesoare cu memorie distribuită au devenit la fel de clasice.

principiile von Neumann

În 1946, D. von Neumann, G. Goldstein și A. Berks, în articolul lor comun, au conturat noi principii pentru construcția și funcționarea computerelor. Ulterior, pe baza acestor principii au fost produse primele două generații de calculatoare. Au existat unele schimbări în generațiile ulterioare, deși principiile lui Neumann sunt și astăzi relevante. De fapt, Neumann a reușit să rezumă evoluțiile și descoperirile științifice ale multor alți oameni de știință și să formuleze principii fundamental noi pe baza lor:
1. Principiul reprezentării și stocării numerelor.
Sistemul de numere binar este folosit pentru a reprezenta și stoca numere. Avantajul față de sistemul numeric zecimal este că bitul este ușor de implementat, memoria de biți de mare capacitate este destul de ieftină, dispozitivele pot fi făcute destul de simple, iar operațiile aritmetice și logice în sistemul de numere binar sunt, de asemenea, destul de simple.
2. Principiul controlului programelor de calculator.
Funcționarea computerului este controlată de un program format dintr-un set de comenzi. Comenzile sunt executate secvenţial una după alta. Comenzile procesează datele stocate în memoria computerului.
3. Principiul programului stocat.
Memoria computerului este folosită nu numai pentru stocarea datelor, ci și a programelor. În acest caz, atât comenzile programului, cât și datele sunt codificate în sistemul de numere binar, adică metoda lor de înregistrare este aceeași. Prin urmare, în anumite situații, puteți efectua aceleași acțiuni asupra comenzilor ca și asupra datelor.
4. Principiul accesului direct la memorie.
Celulele RAM ale computerului au adrese numerotate secvenţial. În orice moment, puteți accesa orice celulă de memorie după adresa sa.
5. Principiul ramificarii si calculelor ciclice.
Comenzile de salt condiționate vă permit să implementați o tranziție la orice secțiune de cod, oferind astfel capacitatea de a organiza ramificarea și de a reexecuta anumite secțiuni ale programului.
Cea mai importantă consecință a acestor principii este că acum programul nu mai era o parte permanentă a mașinii (cum ar fi, de exemplu, un calculator). A devenit posibil să se schimbe ușor programul. Dar echipamentul, desigur, rămâne neschimbat și foarte simplu. Prin comparație, programul computerului ENIAC (care nu avea un program stocat) a fost determinat de jumperi speciali de pe panou. Ar putea dura mai mult de o zi pentru a reprograma aparatul (setati jumperii diferit).
Și, deși programele pentru computerele moderne pot dura luni pentru a se dezvolta, instalarea lor (instalarea pe un computer) durează câteva minute, chiar și pentru programele mari. Un astfel de program poate fi instalat pe milioane de computere și rulat pe fiecare dintre ele ani de zile.

Aplicații

Anexa 1

Anexa 2

Computer „Ural”

Anexa 3

Computer „Strela”

Anexa 4

IBM-305 și RAMAC

Anexa 5

minicalculator PDP-8

Anexa 6

Literatură:

1) Broido V.L. Sisteme de calcul, rețele și telecomunicații. Manual pentru universități. a 2-a ed. – Sankt Petersburg: Peter, 2004

2) Zhmakin A.P. Arhitectura calculatorului. – Sankt Petersburg: BHV - Petersburg, 2006

3) Semenenko V.A. si altele.Calculatoare electronice. Manual pentru școli profesionale - M.: Liceu, 1991

Astăzi este greu de crezut, dar computerele, fără de care mulți nu își mai pot imagina viața, au apărut cu doar 70 de ani în urmă. Unul dintre cei care au adus o contribuție decisivă la creația lor a fost omul de știință american John von Neumann. El a propus principiile pe baza cărora funcționează majoritatea calculatoarelor până astăzi. Să vedem cum funcționează o mașină von Neumann.

Scurte informații biografice

Janos Neumann s-a născut în 1930 la Budapesta, într-o familie de evrei foarte bogată, care a reușit ulterior să obțină un titlu nobiliar. Încă din copilărie, s-a remarcat prin abilități remarcabile în toate domeniile. La 23 de ani, Neumann își susțisese deja teza de doctorat în domeniul fizicii și chimiei experimentale. În 1930, tânărul om de știință a fost invitat să lucreze în SUA și, în același timp, Neumann a devenit unul dintre primii angajați ai Institutului pentru Studii Avansate, unde a lucrat ca profesor până la sfârșitul vieții. Interesele științifice ale lui Neumann erau destul de extinse. În special, el este unul dintre creatorii aparatului de mecanică cuantică și a conceptului de automată celulară.

Contribuții la informatică

Înainte de a afla ce principiu nu respectă arhitectura lui von Neumann, va fi interesant de știut cum a venit omului de știință ideea de a crea un tip modern de mașină de calcul.

Expert în matematica exploziilor și a undelor de șoc, von Neumann a servit ca consultant științific la unul dintre laboratoarele de sondaj al armatei Statelor Unite ale Americii la începutul anilor 1940. În toamna anului 1943, a sosit în Los Alamos pentru a participa la dezvoltarea Proiectului Manhattan, la invitația personală a liderului acestuia, i s-a dat sarcina de a calcula forța de compresie prin implozie a încărcăturii unei bombe atomice la o masă critică. Pentru a o rezolva, au fost necesare calcule mari, care la început au fost efectuate pe calculatoare de mână, iar mai târziu pe tabulatoare mecanice de la IBM, folosind carduri perforate.

M-am familiarizat cu informații despre progresul creării computerelor electronice-mecanice și complet electronice. Curând s-a implicat în dezvoltarea calculatoarelor EDVAC și ENIAC, ceea ce l-a determinat să scrie primul raport neterminat despre EDVAC, în care a prezentat comunității științifice o idee complet nouă despre ceea ce ar trebui să fie arhitectura computerului.

principiile lui Von Neumann

Informatica ca știință ajunsese într-o fundătură până în 1945, deoarece toată lumea stoca numerele procesate în memoria lor în forma a 10-a, iar programele pentru efectuarea operațiunilor erau specificate prin instalarea de jumperi pe tablou.

Acest lucru a limitat semnificativ capacitățile computerelor. Adevărata descoperire au fost principiile lui von Neumann. Ele pot fi exprimate pe scurt într-o singură propoziție: trecerea la sistemul de numere binar și principiul unui program stocat.

Analiză

Să luăm în considerare pe ce principii se bazează structura clasică a mașinii von Neumann, mai detaliat:

1. Trecerea la sistemul binar de la zecimal

Acest principiu al arhitecturii Neumann permite utilizarea unor dispozitive logice destul de simple.

2. Controlul software al unui computer electronic

Funcționarea unui computer este controlată de un set de comenzi executate secvenţial una după alta. Dezvoltarea primelor mașini cu un program stocat în memorie a marcat începutul programării moderne.

3. Datele și programele sunt stocate împreună în memoria computerului

În același timp, atât comenzile de date, cât și de program au același mod de a fi scrise în sistemul de numere binar, astfel încât în ​​anumite situații este posibil să se efectueze aceleași acțiuni asupra lor ca și asupra datelor.

Consecințe

În plus, arhitectura mașinii Fonneyman are următoarele caracteristici:

1. Celulele de memorie au adrese care sunt numerotate secvenţial

Datorită aplicării acestui principiu, a devenit posibilă utilizarea variabilelor în programare. În special, în orice moment puteți accesa o anumită celulă de memorie prin adresa sa.

2. Posibilitatea de salt condiționat în timpul execuției programului

După cum sa menționat deja, comenzile din programe trebuie să fie executate secvenţial. Cu toate acestea, este posibil să săriți la orice secțiune a codului.

Cum funcționează o mașină von Neumann?

Un astfel de model matematic constă dintr-o stocare (memorie), control și dispozitive de intrare și ieșire. Toate comenzile programului sunt scrise în celule de memorie situate în apropiere, iar datele pentru procesarea lor sunt în celule arbitrare.

Orice echipa trebuie sa fie formata din:

• indicații despre ce operație urmează să fie efectuată;
• adresele celulelor de memorie în care sunt stocate datele sursă afectate de operația specificată;
• adresele celulelor în care trebuie scris rezultatul.

Operațiile specificate de comenzile asupra datelor sursă specifice sunt efectuate de ALU, iar rezultatele sunt înregistrate în celule de memorie, adică sunt stocate într-o formă convenabilă pentru prelucrarea ulterioară a mașinii sau transmise către un dispozitiv de ieșire (monitor, imprimantă, etc.) și devin accesibile oamenilor.

Unitatea de control controlează toate părțile computerului. De la acesta, alte dispozitive primesc semnale-comenzi „ce să facă”, iar de la alte dispozitive primește informații despre starea în care se află.

Dispozitivul de control are un registru special numit „contor de programe” SK. După încărcarea datelor sursă și a programului în memorie, adresa primei sale comenzi este scrisă în CS. Unitatea de control citește din memoria computerului conținutul celulei a cărei adresă se află în IC și o plasează în „Registrul de comandă”. Dispozitivul de control determină operația corespunzătoare unei anumite comenzi și „marchează” în memoria computerului datele ale căror adrese sunt indicate în aceasta. Apoi, ALU sau computerul începe să execute o operație, la finalizarea căreia conținutul CS se schimbă cu unul, adică indică către următoarea comandă.

Critică

Neajunsurile și perspectivele actuale continuă să fie subiect de dezbatere. Faptul că mașinile create pe principiile prezentate de acest om de știință remarcabil nu sunt perfecte a fost observat cu mult timp în urmă.

Prin urmare, în lucrările de examen în informatică puteți găsi adesea întrebarea „ce principiu nu îndeplinește arhitectura von Neumann și ce deficiențe are?”

Când răspundeți la a doua parte, asigurați-vă că indicați:

• pentru prezența unui decalaj semantic între limbajele de programare de nivel înalt și sistemele de comandă;
• cu privire la problema potrivirii OP și debitul procesorului;
• la criza software emergentă, cauzată de faptul că costurile creării acestuia sunt mult mai mici decât costul dezvoltării hardware și nu există posibilitatea de a testa complet programul;
• lipsa perspectivelor în ceea ce privește performanța, întrucât limita sa teoretică a fost deja atinsă.

Cât despre principiul căruia nu este conformă arhitectura von Neumann, vorbim despre organizarea paralelă a unui număr mare de fluxuri de date și comenzi, caracteristice unei arhitecturi multiprocesor.

Concluzie

Acum știți ce principiu nu respectă arhitectura von Neumann. Este evident că știința și tehnologia nu stau pe loc și, probabil, foarte curând va apărea un tip complet nou de computer în fiecare casă, datorită căruia umanitatea va atinge un nou nivel de dezvoltare. Apropo, programul de formare „Von Neumann Architecture” vă va ajuta să vă pregătiți pentru examen. Astfel de resurse educaționale digitale facilitează învățarea materialului și oferă o oportunitate de a vă evalua cunoștințele.