Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Курганский государственный университет

Кафедра «Экономическая теория и моделирование экономических процессов»

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Экономическая информатика»

на тему

«История развития электронных вычислительных машин. Понятие и основные виды архитектуры»

Выполнил студент: Вейсалова Хавар Шаировна,

Группа Э1111

Проверил: Филимонов Сергей Михайлович,

старший преподаватель

Курган 2013

Содержание

• Введение
• Глава 1. История развития ЭВМ
• 1.1 Появление ЭВМ
• 1.2 ЭВМ первого поколения (1945-1955)
• 1.3 ЭВМ второго поколения (1955-1965)
• 1.4 ЭВМ третьего поколения (1970-1979)
• 1.5 ЭВМ четвертого поколения (1980-2000)
• 1.6 ЭВМ пятого поколения (с 2000г.)
• Глава 2. Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ
• 2.1 Принципы построения ЭВМ
• 2.2 Состав системного блока
• 2.3 Центральный процессор
• 2.4 Устройства памяти ЭВМ
• 2.5 Устройства ввода-вывода
• Заключение
• Список использованной литературы и интернет-ресурсов

Введение

Во все времена людям нужно было считать. В туманном доисторическом прошлом они считали на пальцах или делали насечки на костях. Примерно около 4000 лет назад, на заре человеческой цивилизации, были изобретены уже довольно сложные системы счисления, позволявшие осуществлять торговые сделки, рассчитывать астрономические циклы, проводить другие вычисления. Несколько тысячелетий спустя появились первые ручные вычислительные инструменты. А в наши дни сложнейшие вычислительные задачи, как и множество других операций, казалось бы, не связанных с числами, решаются при помощи "электронного мозга", который называется компьютером.

Специалисты, наверное, не преминут заметить, что компьютер - это не мозг (по крайней мере, пока - уточнят некоторые). Это просто-напросто еще один инструмент, еще одно устройство, придуманное для того, чтобы облегчить наш труд или усилить нашу власть над природой. Ведь при всем его кажущемся великолепии современный компьютер обладает, по существу, одним-единственным талантом реагировать с молниеносной быстротой на импульсы электрического напряжения. Истинное величие заключено в человеке, его гении, который нашел способ преобразовывать разнообразную информацию, поступающую из реального мира, в последовательность нулей и единиц двоичного кода, т.е. записывать ее на математическом языке, идеально подходящем для электронных схем компьютера.

И все же, пожалуй, ни одна другая машина в истории не привнесла в наш мир столь быстрых и глубоких изменений. Именно поэтому важно знать историю развития ЭВМ, основные принципы работы и устройства компьютера и его основных составных. Эти цели и преследовались в данном реферате.

Глава 1. История развития ЭВМ

1.1 Появление ЭВМ

системный блок компьютер электронный

Первая вычислительная механическая машина была создана французским ученым Блезом Паскалем в 1642 г., она выполняла только операции сложения и вычитания. Готфрид Вильгельм Лейбниц в 1672 г. построил подобие карманного калькулятора, выполнявшего все четыре арифметических действия. Почти через 150 лет профессор Кембриджского университета Чарльз Бэббидж сконструировал сначала разностную машину, а затем механическую аналитическую машину, содержащую запоминающее устройство (память) на 1000 слов по 50 десятичных разрядов, вычислительное устройство (процессор), устройство ввода с перфокарт, устройство вывода на перфокарты и печать. Аналитическая машина - прообраз цифрового компьютера.

В 1930-х гг. немецкий ученый Конрад Зус сконструировал устройство на электромагнитных реле, которое можно назвать первой релейной вычислительной машиной на электромеханической основе. В начале 1940-х гг. в США появилась машина Атанасова, в которой использовалась бинарная арифметика. Все эти разработки были созданы до начала эпохи электроники. В связи с этим характерной чертой вычислительных машин «нулевого» поколения является отсутствие электронных элементов в вычислительных машинах, теоретической и технологической базы для создания ЭВМ, а также отсутствие в массовом сознании необходимости применения вычислительной техники.

В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ. Смена поколений ЭВМ обусловлена как потребностями и компьютеризацией сферы производства и систем управления, так и развитием теории и производственных возможностей для выпуска новых ЭВМ.

1.2 ЭВМ первого поколения (1945-1955)

Первое поколение - ЭВМ на электронных лампах. Это эпоха становления вычислительной техники. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Ввод чисел в первые машины производился с помощью перфокарт, а программное управление последовательностью выполнения операций осуществлялось, например, в ENIAC, как в счетно-аналитических машинах, с помощью штекеров и наборных полей. Хотя такой способ программирования и требовал много времени для подготовки машины, то есть для соединения на наборном поле отдельных блоков машины, он позволял реализовывать счетные «способности» ENIAC'а и тем выгодно отличался от способа программной перфоленты, характерного для релейных машин.

Первой серийно выпускавшейся ЭВМ 1-го поколения стал компьютер UNIVAC. Его разработчики - Джон Мочли и Джон Преспер Эккерт. UNIVAC был первым электронным цифровым компьютером общего назначения. UNIVAC, работа по созданию которого началась в 1946 году и завершилась в 1951, мог сохранять 1000 слов, 12000 цифр со временем доступа до 400 мкс максимально. Магнитная лента несла 120000 слов и 1440000 цифр. Ввод/вывод осуществлялся с магнитной ленты, перфокарт и перфоратора.

Программное обеспечение компьютеров 1-го поколения состояло в основном из стандартных подпрограмм.

Машины этого поколения: «ENIAC», «МЭСМ», «БЭСМ», «IBM -701», «Стрела», «М-2», «М-3», «Урал», «Урал-2», «Минск-1», «Минск-12», «М-20» и др. Эти машины занимали большую площадь, использовали много электроэнергии и состояли из очень большого числа электронных ламп. Их быстродействие не превышало 2-3 тыс. операций в секунду, оперативная память не превышала 2 Кб. Только у машины «М-2» (1958) оперативная память была 4 Кб, а быстродействие 20 тыс. операций в секунду.

1.3 ЭВМ второго поколения (1955-1965)

ЭВМ второго поколения были разработаны в 50--60 гг. ХХ века. В качестве основного элемента были использованы уже не электронные лампы, а полупроводниковые диоды и транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны - далекие предки современных жестких дисков. Второе отличие этих машин -- это то, что появилась возможность программирования на алгоритмических языках. Были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Эти два важных усовершенствования позволили значительно упростить и ускорить написание программ для компьютеров. Все это позволило резко уменьшить габариты и стоимость компьютеров, которые тогда впервые стали строиться на продажу.

Машины этого поколения: «РАЗДАН-2», «IВМ-7090», «Минск-22,-32», «Урал- 14,-16», «БЭСМ-3,-4,-6», «М-220, -222» и др.

Применение полупроводников в электронных схемах ЭВМ привели к увеличению достоверности, производительности до 30 тыс. операций в секунду, и оперативной памяти до 32 Кб. Уменьшились габаритные размеры машин и потребление электроэнергии. Но главные достижения этой эпохи принадлежат к области программ. На втором поколении компьютеров впервые появилось то, что сегодня называется операционной системой. Соответственно расширялась и сфера применения компьютеров. Теперь уже не только ученые могли рассчитывать на доступ к вычислительной технике; компьютеры нашли применение в планировании и управлении, а некоторые крупные фирмы даже компьютеризовали свою бухгалтерию, предвосхищая моду на двадцать лет.

1.4 ЭВМ третьего поколения (1970-1979)

Разработка в 60-х годах интегральных схем - целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника (микросхемы) привело к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Применение интегральных схем намного увеличило возможности ЭВМ. Теперь центральный процессор получил возможность параллельно работать и управлять многочисленными периферийными устройствами. ЭВМ могли одновременно обрабатывать несколько программ (принцип мультипрограммирования). В результате реализации принципа мультипрограммирования появилась возможность работы в режиме разделения времени в диалоговом режиме.

В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Пробившаяся в лидеры фирма IBM первой реализовала семейство ЭВМ - серию полностью совместимых друг с другом компьютеров от самых маленьких, размером с небольшой шкаф (меньше тогда еще не делали), до самых мощных и дорогих моделей. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM.

Начиная с ЭВМ 3-го поколения, традиционным стала разработка серийных ЭВМ. Хотя машины одной серии сильно отличались друг от друга по возможностям и производительности, они были информационно, программно и аппаратно совместимы. Например, странами СЭВ были выпущены ЭВМ единой серии («ЕС ЭВМ») «ЕС-1022», «ЕС-1030», «ЕС-1033», «ЕС-1046», «ЕС-1061», «ЕС-1066» и др. Производительность этих машин достигала от 500 тыс. до 2 млн. операций в секунду, объём оперативной памяти достигал от 8 Мб до 192 Мб.

К ЭВМ этого поколения также относится «IВМ-370», «Электроника -- 100/25», «Электроника -- 79», «СМ-3», «СМ-4» и др.

1.1 1.5 ЭВМ четвертого поколения (1980-2000)

К сожалению, начиная с середины 1970-х годов, стройная картина смены поколений нарушается. Все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров.

Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные схемы (БИС). Быстродействие этих машин составляло десятки млн. операций в секунду, а оперативная память достигла сотен Мб. Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ. Стало возможным коммунальное использование мощности разных машин (соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени).

Развитие ЭВМ 4-го поколения пошло по 2-м направлениям: 1-ое направление -- создание суперЭВМ - комплексов многопроцессорных машин. Быстродействие таких машин достигает нескольких миллиардов операций в секунду. Они способны обрабатывать огромные массивы информации. Сюда входят комплексы ILLIAS-4, CRAY, CYBER, «Эльбрус-1», «Эльбрус-2» и др. 2-ое направление -- дальнейшее развитие на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ). Первыми представителями этих машин являются Apple, IBM - PC ( XT , AT , PS /2), «Искра», «Электроника», «Мазовия», «Агат», «ЕС-1840», «ЕС-1841» и др.

Начиная с этого поколения ЭВМ стали называть компьютерами. Благодаря появлению и развитию персональных компьютеров (ПК), вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, не вымерли и продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как было раньше.

1.6 ЭВМ пятого поколения (с 2000г.)

К началу XXI века в мире сформировались гиганты компьютерной индустрии (как в производстве средств вычислительной техники, так и в производстве программного обеспечения), сложился глобальный рынок компьютерных технологий всего через 20 лет после создания IBM первого массового ПК. Электронно-вычислительные машины пятого поколения - это компьютеры на сверхсложных микропроцессорах с параллельно-векторной структурой, одновременно выполняющие десятки последовательных инструкций программы. Они имеют сотни параллельно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных и знаний, и являются эффективными сетевыми компьютерными системами. Это электронные и оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Эволюция технологий использования компьютерных систем приведена в таблице

Глава 2. Понятие и основные виды архитектуры ЭВМ

2.1 Принципы построения ЭВМ

Архитектура ЭВМ - это общее описание структуры и функций ЭВМ на уровне, достаточном для понимания принципов работы и системы команд ЭВМ, не включающее деталей технического и физического устройства компьютера.

К архитектуре относятся следующие принципы построения ЭВМ:

1. структура памяти ЭВМ;

2. способы доступа к памяти и внешним устройствам;

3. возможность изменения конфигурации;

4. система команд;

5. форматы данных;

6. организация интерфейса.

Основные принципы построения ЭВМ были сформулированы американским учёным Джоном фон Нейманом в 40-х годах XX века:

1) Любую ЭВМ образуют три основных компонента: процессор, память и устройства ввода-вывода (УВВ).

2) Информация, с которой работает ЭВМ делится на два типа:

а) набор команд по обработке (программы);

б) данные подлежащие обработке.

3) И команды, и данные вводятся в память (ОЗУ) - принцип хранимой программы.

4) Руководит обработкой процессор, устройство управления (УУ) которого выбирает команды из ОЗУ и организует их выполнение, а арифметико-логическое устройство (АЛУ) проводит арифметические и логические операции над данными.

5) С процессором и ОЗУ связаны устройства ввода-вывода (УВВ).

Архитектура современных персональных компьютеров основана на магистрально-модульном принципе. Информационная связь между устройствами компьютера осуществляется через системную шину.

Шина - это кабель, состоящий из множества проводников. По одной группе проводников - шине данных передаётся обрабатываемая информация, по другой - шине адреса - адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Третья часть магистрали - шина управления, по ней передаются управляющие сигналы.

Системная шина характеризуется тактовой частотой и разрядностью. Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Тактовая частота характеризует число элементарных операций по передаче данных в 1 секунду. Разрядность шины измеряется в битах, тактовая частота - в мегагерцах.

Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине. Это может быть адрес ячейки памяти или адрес периферийного устройства. Необходимо, чтобы разрядность шины позволила передать адрес ячейки памяти. Таким образом, словами разрядность шины ограничивает объем оперативной памяти ЭВМ, он не может быть больше чем 2n, где n - разрядность шины. Важно, чтобы производительности всех подсоединённых к шине устройств были согласованы.

В современных ЭВМ реализован принцип открытой архитектуры, позволяющий пользователю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости её модернизацию. Конфигурацией компьютера называют фактический набор компонентов ЭВМ, которые составляют компьютер. Принцип открытой архитектуры позволяет менять состав устройств ЭВМ. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться другими.

Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали на физическом уровне осуществляется через специальный блок - контроллер (другие названия - адаптер, плата, карта). Для установки контроллеров на материнской плате имеются специальные разъёмы - слоты.

Программное управление работой периферийного устройства производится через программу - драйвер, которая является компонентой операционной системы. Связь компьютера с внешними устройствами осуществляется через порты - специальные разъёмы на задней панели компьютера. Различают последовательные и параллельные порты. Последовательные (COM - порты) служат для подключения манипуляторов, модема и передают небольшие объёмы информации на большие расстояния. Параллельные (LPT - порты) служат для подключения принтеров, сканеров и передают большие объёмы информации на небольшие расстояния. В последнее время широкое распространение получили последовательные универсальные порты (USB), к которым можно подключать различные устройства.

Минимальная конфигурация компьютера включает в себя системный блок, монитор, клавиатуру и мышь.

2.2 Состав системного блока

Системный блок - основная часть компьютера. Он состоит из металлического корпуса, в котором располагаются основные компоненты компьютера. С ним соединены кабелями клавиатура, мышь и монитор. Внутри системного блока расположены:

· микропроцессор, который выполняет все поступающие команды, производит вычисления и управляет работой всех компонентов компьютера;

· оперативная память, предназначенная для временного хранения программ и данных;

· системная шина, осуществляющая информационную связь между устройствами компьютера;

· материнская плата, на которой находятся микропроцессор, системная шина, оперативная память, коммуникационные разъемы, микросхемы управления различными компонентами компьютера, счётчик времени, системы индикации и защиты;

· блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;

· вентиляторы для охлаждения греющихся элементов;

· устройства внешней памяти, к которым относятся накопители на гибких и жестких магнитных дисках, дисковод для компакт-дисков СD-ROM, предназначенные для длительного хранения информации.

Аппаратной основой системного блока является материнская плата - самостоятельный элемент, который управляет внутренними связями и с помощью системы прерываний взаимодействует с внешними устройствами. На материнской плате расположены все важнейшие микросхемы.

2.3 Центральный процессор

Центральный процессор - это центральное устройство компьютера, которое выполняет операции по обработке данных и управляет периферийными устройствами компьютера. У компьютеров четвёртого поколения и старше функции центрального процессора выполняет микропроцессор на основе СБИС, содержащей несколько миллионов элементов, конструктивно созданных на полупроводниковом кристалле путём применения сложной микроэлектронной технологии.

В состав центрального процессора входят:

· устройство управления (УУ);

· арифметико-логическое устройство (АЛУ);

· запоминающее устройство (ЗУ) на основе регистров процессорной памяти и кэш-памяти процессора;

· генератор тактовой частоты (ГТЧ).

К основным характеристикам процессора относятся:

· Быстродействие (вычислительная мощность) - среднее число операций процессора в секунду.

· Тактовая частота в МГц - количество тактов в секунду Такт - это промежуток времени между началом подачи текущего импульса.

· Разрядность процессора - это максимальное количество бит информации, которые могут обрабатываться и передаваться процессором одновременно. Разрядность процессора определяется разрядностью регистров, в которые помещаются обрабатываемые данные.

Для пользователей процессор интересен прежде всего своей системой команд и скоростью их выполнения.

2.4 Устройства памяти ЭВМ

Памятью компьютера называется совокупность устройств для хранения программ, вводимой информации, промежуточных результатов и выходных данных.

Внутренняя память предназначена для хранения относительно небольших объемов информации при ее обработке микропроцессором.

Внешняя память предназначена для длительного хранения больших объемов информации независимо от того включен или выключен компьютер.

Энергозависимой называется память, которая стирается при выключении компьютера.

Энергонезависимой называется память, которая не стирается при выключении компьютера.

К энергонезависимой внутренней памяти относится постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Содержимое ПЗУ устанавливается на заводе-изготовителе и в дальнейшем не меняется. Эта память составлена из микросхем, как правило, небольшого объема. Обычно в ПЗУ записываются программы, обеспечивающие минимальный базовый набор функций управления устройствами компьютера. При включении компьютера первоначально управление передается программе из ПЗУ, которая тестирует компоненты компьютера и запускает программу-загрузчик операционной системы.

К энергозависимой внутренней памяти относятся оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), видеопамять и кэш-память. В оперативном запоминающем устройстве в двоичном виде запоминается обрабатываемая информация, программа ее обработки, промежуточные данные и результаты работы. ОЗУ обеспечивает режимы записи, считывания и хранения информации, причём в любой момент времени возможен доступ к любой произвольно выбранной ячейке памяти. Доступ к этой информации в ОЗУ осуществляется очень быстро. Эта память составлена из сложных электронных микросхем и расположена внутри корпуса компьютера. Часть оперативной памяти отводится для хранения изображений, получаемых на экране монитора, и называется видеопамять. Чем больше видеопамять, тем более сложные и качественные картинки может выводить компьютер. Высокоскоростная кэш-память служит для увеличения скорости выполнения операций компьютером и используется при обмене данными между микропроцессором и RAM. Кэш-память является промежуточным запоминающим устройством (буфером). Существует два вида кэш-памяти: внутренняя, размещаемая внутри процессора и внешняя, размещаемая на материнской плате.

2.5 Устройства ввода-вывода

Компьютер обменивается информацией с внешним миром с помощью периферийных устройств. Только благодаря периферийным устройствам человек может взаимодействовать с компьютером, а также со всеми подключенными к нему устройствами.

Периферийные устройства делятся на устройства ввода и устройства вывода. Устройства ввода преобразуют информацию в форму понятную машине, после чего компьютер может ее обрабатывать и запоминать. Устройства вывода переводят информацию из машинного представления в образы, понятные человеку.

Самым известным устройством ввода информации является клавиатура - это стандартное устройство, предназначенное для ручного ввода информации.

К манипуляторам относят устройства, преобразующие движения руки пользователя в управляющую информацию для компьютера. Среди манипуляторов выделяют мыши, трекболы, джойстики.

Мышь предназначена для выбора и перемещения графических объектов экрана монитора компьютера. Для этого используется указатель, перемещением которого по экрану управляет мышь. Мышь позволяет существенно сократить работу человека с клавиатурой при управлении курсором и вводе команд. Особенно эффективно мышь используется при работе графическими редакторами, издательскими системами, играми. Современные операционные системы также активно используют мышь для управляющих команд.

Трекбол по функциям близок мыши, но шарик в нем больших размеров, и перемещение указателя осуществляется вращением этого шарика руками. Трекбол удобен тем, что его не требуется перемещать по поверхности стола, которого может не быть в наличии. Поэтому, по сравнению с мышью, он занимает на столе меньше места. Большинство переносных компьютеров оснащаются встроенным трекболом.

Джойстик представляет собой основание с подвижной рукояткой, которая может наклоняться в продольном и поперечном направлениях. Рукоятка и основание снабжаются кнопками. Внутри джойстика расположены датчики, преобразующие угол и направление наклона рукоятки в соответствующие сигналы, передаваемые операционной системе. В соответствии с этими сигналами осуществляется перемещение и управление графических объектов на экране.

Сканер - устройство ввода графических изображений в компьютер. В сканер закладывается лист бумаги с изображением. Устройство считывает его и пересылает компьютеру в цифровом виде.

После ввода пользователем исходных данных компьютер должен их обработать в соответствии с заданной программой и вывести результаты в форме, удобной для восприятия пользователем или для использования другими автоматическими устройствам посредством устройств вывода.

Выводимая информация может отображаться в графическом виде, для этого используются мониторы, принтеры или плоттеры. Информация может также воспроизводиться в виде звуков с помощью акустических колонок, регистрироваться в виде тактильных ощущений в технологии виртуальной реальности, распространяться в виде управляющих сигналов устройства автоматики, передаваться в виде электрических сигналов по сети.

Заключение

Развитие электронной промышленности и компьютеростроения осуществляется такими быстрыми темпами, что буквально через 1-2 года сегодняшнее «чудо техники» становится морально устаревшим. Однако принципы устройства компьютера остаются неизменными еще с того момента, как знаменитый математик Джон фон Нейман в 1945 году подготовил доклад об устройстве и функционировании универсальных вычислительных устройств, то есть компьютеров. К тому же, каждый пользователь, эксплуатирующий персональный компьютер, знает круг задач, для решения которых он использует компьютер, а следовательно, и более 10 лет назад приобретенная «286-я машина», исправно работающая и удовлетворяющая запросам того или иного специалиста, является его незаменимым помощником в повседневном труде. Поэтому рассмотренная выше тема дает наглядное представление о том, какое важное место в жизни общества занимают в настоящее время персональные компьютеры, сфера применения которых безгранична.

Список использованной литературы и интернет-ресурсов

1. Алексеев Е.Г., Богатырев С.Д. Информатика: учебник. - Саранск: Морд. гос. ун-т, 2009;

2. Угринович Н. Д. Информатика и ИКТ (базовый уровень), учебник для 10 кл, 6-е изд,- М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.

3. Информатика: учебник / под ред. В. В. Трофимова. -- М.: Издательство Юрайт ; ИД Юрайт, 2011

Размещено на Allbest.ru