Principi rada von Neumann računara. Pojava kompjutera, von Neumann principi. Struktura matične ploče

Prva mašina za sabiranje koja je mogla da izvrši četiri osnovne aritmetičke operacije bila je mašina za sabiranje poznatog francuskog naučnika i filozofa Blaisea Paskala. Glavni element u njemu bio je zupčanik, čiji je pronalazak sam po sebi postao ključni događaj u istoriji kompjuterske tehnologije. Želio bih napomenuti da je evolucija u oblasti računarske tehnologije neujednačena, grčevita po prirodi: periode akumulacije snaga zamjenjuju se probojima u razvoju, nakon čega dolazi period stabilizacije, tokom kojeg se postignuti rezultati praktično koriste a istovremeno se akumuliraju znanje i snage za sljedeći iskorak. Nakon svakog zaokreta, proces evolucije ulazi na novi, viši nivo.

Godine 1671. njemački filozof i matematičar Gustav Leibniz također je stvorio mašinu za sabiranje zasnovanu na zupčaniku posebnog dizajna - Leibnizovom zupčaniku. Leibnizov aritmometar je, kao i aritmometri njegovih prethodnika, izvodio četiri osnovne aritmetičke operacije. Ovim se ovaj period završio i skoro vek i po čovečanstvo je skupljalo snagu i znanje za sledeći krug evolucije kompjuterske tehnologije. 18. i 19. vijek je bio vrijeme kada su se razne nauke brzo razvijale, uključujući matematiku i astronomiju. Često su nailazili na probleme koji su zahtijevali duge i mukotrpne proračune.

Još jedna poznata ličnost u istoriji računarstva bio je engleski matematičar Charles Babbage. Godine 1823. Babbage je počeo raditi na mašini za izračunavanje polinoma, ali, što je još zanimljivije, ova mašina je trebala, pored direktnih proračuna, da daje rezultate - da ih štampa na negativnoj ploči za štampanje. Planirano je da mašinu pokreće parna mašina. Zbog tehničkih poteškoća, Babbage nije mogao da završi svoj projekat. Ovdje se po prvi put pojavila ideja da se za prikaz rezultata proračuna koristi neki vanjski (periferni) uređaj. Imajte na umu da je drugi naučnik, Scheutz, 1853. ipak realizovao mašinu koju je zamislio Babbage (ispostavilo se da je čak i manja od planiranog). Možda se Babbageu više sviđao kreativni proces pronalaženja novih ideja nego njihovo prevođenje u nešto materijalno. Godine 1834. izložio je principe druge mašine, koju je nazvao "analitičkom". Tehničke poteškoće opet mu nisu dozvolile da u potpunosti realizuje svoje ideje. Babbage je uspio dovesti mašinu samo do eksperimentalne faze. Ali ideja je pokretač naučnog i tehnološkog napretka. Sljedeći automobil Charlesa Babbagea bio je oličenje sljedećih ideja:

Upravljanje proizvodnim procesom. Mašina je kontrolisala rad razboja, menjajući šaru stvorene tkanine u zavisnosti od kombinacije rupa na posebnoj papirnoj traci. Ova traka je postala preteča nama svima poznatih medija kao što su bušene karte i bušene trake.

Programabilnost. Rad mašine je takođe kontrolisan posebnom papirnom trakom sa rupama. Redoslijed rupa na njemu određivao je komande i podatke koje te komande obrađuju. Mašina je imala aritmetičku jedinicu i memoriju. Instrukcije mašine su čak uključivale i instrukciju uslovnog skoka koja je menjala tok proračuna u zavisnosti od nekih međurezultata.

Grofica Ada Augusta Lovelace, koja se smatra prvim svjetskim programerom, učestvovala je u razvoju ove mašine.

Ideje Charlesa Babbagea razvili su i koristili drugi naučnici. Tako je 1890. godine, na prijelazu iz 20. stoljeća, Amerikanac Herman Hollerith razvio mašinu koja je radila sa tabelama podataka (prvi Excel?). Mašinom je upravljao program na bušenim karticama. Korišćen je u američkom popisu iz 1890. godine. Godine 1896. Hollerith je osnovao kompaniju koja je bila prethodnica IBM Corporation. Sa smrću Babbagea, došao je još jedan prelom u evoluciji kompjuterske tehnologije sve do 1930-ih. U budućnosti je čitav razvoj čovječanstva postao nezamisliv bez kompjutera.

Godine 1938. razvojni centar se nakratko preselio iz Amerike u Njemačku, gdje je Konrad Zuse stvorio mašinu koja, za razliku od svojih prethodnika, nije radila sa decimalnim brojevima, već sa binarnim. Ova mašina je takođe još uvek bila mehanička, ali je njena nesumnjiva prednost bila u tome što je implementirala ideju obrade podataka u binarnom kodu. Nastavljajući svoj rad, Zuse je 1941. godine stvorio elektromehaničku mašinu, čija je aritmetička jedinica napravljena na osnovu releja. Mašina je bila u stanju da izvodi operacije s pomičnim zarezom.

U inostranstvu, u Americi, tokom ovog perioda, takođe se radilo na stvaranju sličnih elektromehaničkih mašina. Godine 1944, Howard Aiken je dizajnirao mašinu, koju su nazvali Mark-1. Ona je, kao i Zuse mašina, radila na releju. Ali budući da je ova mašina bila pod očitim utjecajem Babbageovog rada, radila je na podacima u decimalnom obliku.

Naravno, zbog velikog udjela mehaničkih dijelova, ove mašine su bile osuđene na propast.

Četiri generacije računara

Krajem tridesetih godina XX veka, potreba za automatizacijom složenih računarskih procesa je uveliko porasla. To je olakšano brzim razvojem takvih industrija kao što su konstrukcija aviona, atomska fizika i druge. Od 1945. godine do danas, kompjuterska tehnologija je u svom razvoju prošla kroz 4 generacije:

Prva generacija

Prva generacija (1945-1954) - kompjuteri sa vakumskim cijevima. Ovo su praistorijska vremena, doba formiranja kompjuterske tehnologije. Većina strojeva prve generacije bili su eksperimentalni uređaji i napravljeni su kako bi se testirale određene teorijske pozicije. Težina i veličina ovih kompjuterskih dinosaura, koji su često zahtijevali zasebne zgrade za sebe, odavno su postali legenda.

Počevši od 1943. godine, grupa stručnjaka predvođenih Howardom Aitkenom, J. Mouchlijem i P. Eckertom u SAD-u je počela da dizajnira računar zasnovan na vakuumskim cijevima, a ne na elektromagnetnim relejima. Ova mašina se zvala ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer) i radila je hiljadu puta brže od Mark-1. ENIAC je sadržavao 18.000 vakuumskih cijevi, zauzimao je površinu od 9x15 metara, težio je 30 tona i trošio 150 kilovata energije. ENIAC je imao i značajan nedostatak - upravljao se pomoću patch panela, nije imao memoriju, a za postavljanje programa bilo je potrebno nekoliko sati ili čak dana da se žice povežu na pravi način. Najgori od svih nedostataka bila je zastrašujuća nepouzdanost računara, budući da je desetak vakumskih cijevi uspjelo pokvariti u jednom danu rada.

Da bi pojednostavili proces programiranja, Mouchly i Eckert su počeli dizajnirati novu mašinu koja bi mogla pohraniti program u svoju memoriju. Godine 1945. u rad se uključio poznati matematičar Džon fon Nojman, koji je pripremio izveštaj o ovoj mašini. U ovom izvještaju, von Neumann je jasno i jednostavno formulisao opšte principe funkcionisanja univerzalnih računarskih uređaja, tj. kompjuteri. Ovo je prva radna mašina izgrađena na vakuumskim cevima, zvanično je puštena u rad 15. februara 1946. godine. Pokušali su koristiti ovu mašinu za rješavanje nekih problema koje je pripremio von Neumann i koji se odnose na projekat atomske bombe. Zatim je prebačena u Aberdeen Proving Ground, gdje je radila do 1955. godine.

ENIAC je postao prvi predstavnik prve generacije računara. Svaka klasifikacija je uslovna, ali većina stručnjaka se složila da generacije treba razlikovati na osnovu baze elemenata na kojoj su mašine izgrađene. Dakle, prvu generaciju predstavljaju mašine za cijevi.

Treba napomenuti ogromnu ulogu američkog matematičara von Neumanna u razvoju tehnologije prve generacije. Bilo je potrebno shvatiti prednosti i slabosti ENIAC-a i dati preporuke za kasniji razvoj. U izveštaju fon Nojmana i njegovih kolega G. Goldštajna i A. Berksa (jun 1946.) jasno su formulisani zahtevi za strukturom računara. Mnoge odredbe ovog izvještaja nazivaju se von Neumann principima.

Prve projekte domaćih računara predložio je S.A. Lebedev, B.I. Ramejev 1948. Godine 1949-51. prema projektu S.A. Lebedev je izgrađen MESM (mala elektronska računska mašina). Prvi probni rad modela mašine obavljen je u novembru 1950. godine, a mašina je puštena u rad 1951. godine. MESM je radio u binarnom sistemu, sa troadresnim sistemom instrukcija, a program za proračun je pohranjen u uređaj za skladištenje operativnog tipa. Mašina Lebedeva sa paralelnom obradom reči bila je fundamentalno novo rešenje. Bio je to jedan od prvih kompjutera na svijetu i prvi na evropskom kontinentu sa pohranjenim programom.

U računare prve generacije spada i BESM-1 (velika elektronska računska mašina), čiji je razvoj pod vođstvom S.A. Lebedev je završen 1952. godine, sadržavao je 5 hiljada lampi, radio je bez kvarova 10 sati. Brzina je dostigla 10 hiljada operacija u sekundi (Prilog 1).

Gotovo istovremeno je dizajniran kompjuter Strela (Dodatak 2) pod rukovodstvom Yu.Ya. Bazilevskog, 1953. godine. pušten je u proizvodnju. Kasnije se pojavio računar Ural-1 (Dodatak 3), koji je označio početak velike serije mašina Ural razvijenih i puštenih u proizvodnju pod vodstvom B.I. Rameev. Godine 1958 računari prve generacije M-20 pušteni su u serijsku proizvodnju (brzina do 20 hiljada operacija/s).

Računari prve generacije imali su brzinu od nekoliko desetina hiljada operacija u sekundi. Feritna jezgra su korištena kao interna memorija, a ALU i UU su izgrađeni na vakuumskim cijevima. Brzinu računara određivala je sporija komponenta - interna memorija, što je smanjilo ukupni efekat.

Računari prve generacije bili su fokusirani na izvođenje aritmetičkih operacija. Prilikom pokušaja prilagođavanja zadacima analize, oni su se pokazali neučinkovitima.

Nije bilo programskih jezika kao takvih, a programeri su koristili mašinske instrukcije ili asemblere da kodiraju svoje algoritme. Ovo je zakomplikovalo i odložilo proces programiranja.

Do kraja 1950-ih, programski alati su doživjeli temeljne promjene: napravljen je prijelaz na automatizaciju programiranja koristeći univerzalne jezike i biblioteke standardnih programa. Upotreba univerzalnih jezika dovela je do pojave prevodilaca.

Programi su izvršavani zadatak po zadatak, tj. operater je morao pratiti tok rješavanja problema i, kada se dođe do kraja, sam inicirati izvršenje sljedećeg zadatka.

Druga generacija

U drugoj generaciji računara (1955-1964) tranzistori su se koristili umjesto vakuumskih cijevi, a magnetna jezgra i magnetni bubnjevi, daleki preci modernih tvrdih diskova, počeli su se koristiti kao memorijski uređaji. Sve je to omogućilo drastično smanjenje veličine i cijene računara koji su tada prvo napravljeni za prodaju.

Ali glavna dostignuća ove ere pripadaju području programa. Druga generacija računara je prvi put uvela ono što se danas naziva operativnim sistemom. Istovremeno su razvijeni i prvi jezici visokog nivoa - Fortran, Algol, Kobol. Ova dva važna poboljšanja su u velikoj meri pojednostavila i ubrzala pisanje programa za računare; programiranje, ostajući nauka, poprima odlike zanata.

Shodno tome, proširio se i opseg računara. Više nisu samo naučnici mogli da računaju na pristup računarskoj tehnologiji; kompjuteri su se koristili u planiranju i upravljanju, a neke velike firme su čak kompjuterizirale svoje knjigovodstvo, predviđajući modu za dvadeset godina.

Poluprovodnici su postali elementarna baza druge generacije. Bez sumnje, tranzistori se mogu smatrati jednim od najimpresivnijih čuda 20. veka.

Patent za otkriće tranzistora izdali su 1948. Amerikanci D. Bardin i W. Brattain, a osam godina kasnije oni su, zajedno sa teoretičarom V. Shockleyjem, postali dobitnici Nobelove nagrade. Pokazalo se da su brzine prebacivanja prvih tranzistorskih elemenata stotine puta veće od onih kod cijevnih elemenata, kao i pouzdanost i efikasnost. Po prvi put se počela masovno koristiti memorija na feritnim jezgrama i tankim magnetskim filmovima, testirani su induktivni elementi - parametri.

Prvi putni računar instaliran na interkontinentalnoj raketi, Atlas, pušten je u rad u Sjedinjenim Državama 1955. godine. Mašina je koristila 20.000 tranzistora i dioda i trošila 4 kilovata.1961. godine, Burroughsovi zemaljski kompjuteri za rastezanje kontrolirali su svemirske letove Atlas raketa, a IBM mašine su kontrolirale let astronauta Gordona Coopera. Kompjuterski kontrolisani letovi bespilotnih letelica tipa Ranger do Meseca 1964. godine, kao i letelice Mariner do Marsa. Slične funkcije obavljali su sovjetski računari.

IBM je 1956. razvio plutajuće magnetne glave na vazdušnom jastuku. Njihov izum omogućio je stvaranje nove vrste memorije - uređaja za pohranu diskova, čija je važnost u potpunosti cijenjena u narednim decenijama razvoja računarske tehnologije. Prvi uređaji za skladištenje na disku pojavili su se u IBM-305 i RAMAC mašinama (Dodatak 4). Potonji je imao paket od 50 magnetno obloženih metalnih diskova koji su se okretali pri 12.000 o/min. Na površini diska nalazilo se 100 traka za snimanje podataka, po 10.000 karaktera.

Prvi masovno proizvedeni univerzalni računari na tranzistorima objavljeni su 1958. istovremeno u SAD-u, Njemačkoj i Japanu.

Pojavljuju se prvi miniračunari (na primjer, PDP-8 (Dodatak 5)).

U Sovjetskom Savezu prve mašine bez cijevi "Setun", "Razdan" i "Razdan-2" stvorene su 1959-1961. U 60-im godinama sovjetski dizajneri razvili su oko 30 modela tranzistorskih računala, od kojih se većina počela masovno proizvoditi. Najmoćniji od njih - "Minsk-32" izveo je 65 hiljada operacija u sekundi. Pojavile su se čitave porodice mašina: Ural, Minsk, BESM.

Rekorder među računarima druge generacije bio je BESM-6 (Dodatak 6), koji je imao brzinu od oko milion operacija u sekundi - jedan od najproduktivnijih na svijetu. Arhitektura i mnoga tehnička rješenja u ovom računaru bili su toliko progresivni i ispred svog vremena da su se uspješno koristili gotovo do našeg vremena.

Posebno za automatizaciju inženjerskih proračuna u Institutu za kibernetiku Akademije nauka Ukrajinske SSR pod vodstvom akademika V.M. Gluškov je razvio računare MIR (1966) i MIR-2 (1969). Važna karakteristika mašine MIR-2 bila je upotreba televizijskog ekrana za vizuelnu kontrolu informacija i svetlosne olovke, pomoću koje je bilo moguće ispravljati podatke direktno na ekranu.

Izgradnja ovakvih sistema, koji su uključivali oko 100 hiljada sklopnih elemenata, jednostavno bi bila nemoguća na osnovu tehnologije lampe. Tako je druga generacija rođena u utrobi prve, usvajajući mnoge njene karakteristike. Međutim, sredinom 60-ih, procvat u području proizvodnje tranzistora dostigao je svoj maksimum - tržište je bilo zasićeno. Činjenica je da je montaža elektronske opreme bila vrlo naporan i spor proces koji je bilo teško mehanizirati i automatizirati. Dakle, sazreli su uslovi za prelazak na novu tehnologiju koja bi omogućila prilagođavanje rastućoj složenosti kola eliminisanjem tradicionalnih veza između njihovih elemenata.

treća generacija

Konačno, u trećoj generaciji računara (1965-1974), po prvi put su se počela koristiti integrirana kola - cijeli uređaji i čvorovi od desetina i stotina tranzistora, napravljeni na jednom poluvodičkom kristalu (ono što se danas naziva mikro krugovima). Istovremeno se pojavljuje i poluvodička memorija koja se u personalnim računarima po ceo dan koristi kao operativna memorija. Prioritet u pronalasku integrisanih kola, koja su postala elementarna baza računara treće generacije, pripada američkim naučnicima D. Kilbyju i R. Noyceu, koji su do ovog otkrića došli nezavisno jedan od drugog. Masovna proizvodnja integrisanih kola počela je 1962. godine, a 1964. godine počeo je ubrzano da se odvija prelazak sa diskretnih elemenata na integrisane. Pomenuti ENIAK, dimenzija 9x15 metara, 1971. godine mogao se sklopiti na ploču od 1,5 kvadratnih centimetara. Počela je transformacija elektronike u mikroelektroniku.

Tokom ovih godina, proizvodnja računara dobija industrijske razmere. IBM, koji se probio do lidera, prvi je implementirao familiju računara - seriju računara koji su međusobno potpuno kompatibilni, od najmanjeg, veličine malog ormarića (tada nisu radili manji ), do najsnažnijih i najskupljih modela. Najčešća u tim godinama bila je IBM-ova porodica System / 360, na osnovu koje je u SSSR-u razvijena ES serija računara. Godine 1973. izašao je prvi kompjuterski model serije EC, a od 1975. godine pojavili su se modeli EC-1012, EC-1032, EC-1033, EC-1022, a kasnije i snažniji EC-1060.

U sklopu treće generacije u Sjedinjenim Američkim Državama izgrađena je jedinstvena mašina ILLIAC-4, u kojoj je u originalnoj verziji bilo planirano korištenje 256 uređaja za obradu podataka izrađenih na monolitnim integriranim kolima. Projekat je kasnije promijenjen zbog prilično visoke cijene (preko 16 miliona dolara). Broj procesora je morao biti smanjen na 64, kao i prelazak na integrisana kola sa niskim stepenom integracije. Skraćena verzija projekta završena je 1972. godine, nominalna brzina ILLIAC-4 bila je 200 miliona operacija u sekundi. Skoro godinu dana ovaj računar je držao rekord u brzini računara.

Početkom 60-ih godina pojavili su se prvi mini kompjuteri - mali računari male snage koji su bili pristupačni za male firme ili laboratorije. Miniračunari su predstavljali prvi korak ka personalnim računarima, čiji su prototipovi objavljeni tek sredinom 70-ih. Dobro poznata PDP familija miniračunara iz Digital Equipment-a poslužila je kao prototip za sovjetsku seriju SM mašina.

U međuvremenu, broj elemenata i veza između njih, koji se uklapaju u jedno mikrokolo, stalno je rastao, a 70-ih godina integrirana kola su već sadržavala hiljade tranzistora. To je omogućilo da se većina komponenata računara kombinuje u jednom malom detalju – što je Intel uradio 1971. godine, izdavši prvi mikroprocesor, koji je bio namenjen upravo pojavilim desktop kalkulatorima. Ovaj izum je bio predodređen da proizvede pravu revoluciju u narednoj deceniji – na kraju krajeva, mikroprocesor je srce i duša našeg personalnog računara.

Ali to nije sve - zaista, prelaz iz 60-ih u 70-e bio je sudbonosno vrijeme. Godine 1969. rođena je prva globalna kompjuterska mreža - embrion onoga što danas nazivamo Internetom. I iste 1969. istovremeno su se pojavili operativni sistem Unix i programski jezik C („C“), koji su imali ogroman uticaj na svet softvera i još uvek su zadržali svoju vodeću poziciju.

četvrta generacija

Još jedna promjena u bazi elemenata dovela je do promjene generacija. Sedamdesetih godina aktivno se radilo na stvaranju velikih i super velikih integriranih kola (LSI i VLSI), što je omogućilo postavljanje desetina hiljada elemenata na jedan čip. To je dovelo do daljeg značajnog smanjenja veličine i cijene računara. Rad sa softverom je postao prijateljskiji, što je dovelo do povećanja broja korisnika.

U principu, s takvim stepenom integracije elemenata, postalo je moguće pokušati stvoriti funkcionalno kompletan računar na jednom čipu. Učinjeni su odgovarajući pokušaji, iako su uglavnom naišli na nevjerovatan osmijeh. Vjerovatno bi ovih osmjeha bilo manje kada bi se moglo predvidjeti da će upravo ta ideja za petnaestak godina postati uzrok izumiranja velikih kompjutera.

Ipak, početkom 70-ih Intel je izdao mikroprocesor (MP) 4004. I ako su prije toga postojala samo tri smjera u svijetu računarstva (superračunari, veliki računari (mainframe) i miniračunari), sada im je dodat još jedan - mikroprocesor. Općenito, procesor se podrazumijeva kao funkcionalna jedinica računala dizajnirana za logičku i aritmetičku obradu informacija po principu mikroprogramske kontrole. Prema hardverskoj implementaciji, procesori se mogu podijeliti na mikroprocesore (sve funkcije procesora su potpuno integrirane) i procesore sa niskom i srednjom integracijom. Strukturno, to se izražava u činjenici da mikroprocesori implementiraju sve funkcije procesora na jednom čipu, dok ih drugi tipovi procesora realizuju povezivanjem velikog broja mikrokola.

Dakle, prvi mikroprocesor 4004 stvorio je Intel na prijelazu iz 70-ih. Bio je to 4-bitni paralelni računarski uređaj, a njegove mogućnosti su bile ozbiljno ograničene. 4004 je mogao izvršiti četiri osnovne aritmetičke operacije i u početku se koristio samo u džepnim kalkulatorima. Kasnije je njegov opseg proširen upotrebom u različitim sistemima upravljanja (na primjer, za upravljanje semaforima). Intel je, ispravno predvidevši obećanje mikroprocesora, nastavio intenzivan razvoj, a jedan od njegovih projekata je na kraju doveo do velikog uspeha koji je predodredio budući put razvoja računarske tehnologije.

Oni su postali projekat za razvoj 8-bitnog 8080 procesora (1974). Ovaj mikroprocesor je imao prilično napredan sistem instrukcija i bio je u stanju da deli brojeve. Upravo je on korišten za kreiranje osobnog računara Altair, za koji je mladi Bill Gates napisao jednog od svojih prvih BASIC tumača. Vjerovatno od ovog trenutka treba računati 5. generaciju.

Peta generacija

Prelazak na kompjutere pete generacije značio je prelazak na nove arhitekture fokusirane na stvaranje veštačke inteligencije.

Vjerovalo se da će arhitektura kompjutera pete generacije sadržavati dva glavna bloka. Jedan od njih je i sam računar, u kojem komunikaciju sa korisnikom vrši blok koji se naziva „inteligentni interfejs“. Zadatak interfejsa je da razume tekst napisan prirodnim jezikom ili govorom i da stanje problema koji je na ovaj način prevede u radni program.

Osnovni zahtevi za računare 5. generacije: Izrada razvijenog interfejsa čovek-mašina (prepoznavanje govora, slike); Razvoj logičkog programiranja za stvaranje baza znanja i sistema umjetne inteligencije; Stvaranje novih tehnologija u proizvodnji računalne tehnologije; Kreiranje novih arhitektura računara i računarskih sistema.

Nove tehničke mogućnosti kompjuterske tehnologije trebale su da prošire spektar zadataka koje treba rešavati i omogućiti prelazak na zadatke stvaranja veštačke inteligencije. Kao jedna od komponenti neophodnih za stvaranje veštačke inteligencije su baze znanja (baze podataka) u različitim oblastima nauke i tehnologije. Kreiranje i korištenje baza podataka zahtijeva brzi računarski sistem i veliku količinu memorije. Mainframe računari su sposobni za velike proračune, ali nisu prikladni za brzo poređenje i operacije sortiranja velikih količina zapisa, obično pohranjenih na magnetnim diskovima. Za kreiranje programa koji omogućavaju punjenje, ažuriranje baza podataka i rad s njima, stvoreni su posebni objektno orijentirani i logički programski jezici koji pružaju najveće mogućnosti u usporedbi s konvencionalnim proceduralnim jezicima. Struktura ovih jezika zahtijeva prijelaz sa tradicionalne von Neumann arhitekture računala na arhitekture koje uzimaju u obzir zahtjeve zadataka stvaranja umjetne inteligencije.

Klasa superračunara uključuje računare koji imaju maksimalne performanse u trenutku puštanja u promet, odnosno takozvane računare 5. generacije.

Prvi superračunari pojavili su se već među računarima druge generacije (1955. - 1964., vidi računare druge generacije), dizajnirani su za rješavanje složenih problema koji su zahtijevali velike brzine proračuna. To su LARC iz UNIVAC-a, Stretch iz IBM-a i "CDC-6600" (CYBER familija) iz Control Data Corporation, koristili su metode paralelne obrade (povećanje broja operacija koje se izvode u jedinici vremena), cevovodenje komandi (kada se tokom izvršavanja jedna naredba druga se čita iz memorije i priprema za izvršenje) i paralelna obrada pomoću procesora složene strukture, koji se sastoji od matrice procesora podataka i posebnog upravljačkog procesora koji distribuira zadatke i kontroliše tok podataka u sistemu. Računari koji izvršavaju nekoliko programa paralelno koristeći nekoliko mikroprocesora nazivaju se višeprocesorski sistemi. Do sredine 1980-ih, Sperry Univac i Burroughs bili su među najvećim proizvođačima superkompjutera na svijetu. Prvi je posebno poznat po svojim glavnim računarima UNIVAC-1108 i UNIVAC-1110, koji su se široko koristili na univerzitetima i vladinim organizacijama.

Nakon spajanja između Sperry Univac i Burroughs, kombinovana firma UNISYS nastavila je podržavati obje linije mainframe-a, zadržavajući kompatibilnost naviše u svakoj. Ovo je jasan pokazatelj čvrstog i brzog pravila koje je podržavalo razvoj mainframe-a - očuvanje funkcionalnosti prethodno razvijenog softvera.

U svijetu superkompjutera poznat je i Intel. Paragon multiprocesorski računari iz Intel-ove porodice višeprocesorskih struktura sa distribuiranom memorijom postali su isti klasici.

Von Neumann principi

Godine 1946. D. von Neumann, G. Goldstein i A. Berks su u svom zajedničkom članku iznijeli nove principe za konstrukciju i rad računara. Nakon toga, prve dvije generacije računara su proizvedene na osnovu ovih principa. Došlo je do nekih promjena u kasnijim generacijama, iako su Neumannovi principi i danas relevantni. Zapravo, Neumann je uspio generalizirati naučna dostignuća i otkrića mnogih drugih naučnika i na njihovoj osnovi formulirati fundamentalno nove principe:
1. Princip predstavljanja i skladištenja brojeva.
Binarni brojevni sistem se koristi za predstavljanje i pohranjivanje brojeva. Prednost u odnosu na decimalni je to što su bitovi jednostavni za implementaciju, memorija velikih bitova je jeftina, uređaji se mogu napraviti prilično jednostavnim, a aritmetičke i logičke operacije u binarnom sistemu su također prilično jednostavne.
2. Princip upravljanja kompjuterskim programom.
Radom računara upravlja program koji se sastoji od skupa instrukcija. Naredbe se izvršavaju uzastopno jedna za drugom. Komande obrađuju podatke pohranjene u memoriji računara.
3. Princip pohranjenog programa.
Računarska memorija se koristi ne samo za pohranjivanje podataka, već i programa. U ovom slučaju i programske komande i podaci su kodirani u binarnom brojevnom sistemu, tj. njihov način pisanja je isti. Stoga, u određenim situacijama, možete izvršiti iste radnje na naredbama kao i na podacima.
4. Princip direktnog pristupa memoriji.
Ćelije glavne memorije računara imaju sekvencijalno numerisane adrese. U svakom trenutku možete pristupiti bilo kojoj memorijskoj ćeliji po njenoj adresi.
5. Princip grananja i cikličnih proračuna.
Komande uslovnog skoka omogućavaju vam da skočite na bilo koji deo koda, čime se obezbeđuje mogućnost organizovanja grananja i ponovnog izvršavanja nekih delova programa.
Najvažnija posledica ovih principa može se nazvati činjenica da sada program više nije bio stalni deo mašine (kao, na primer, kod kalkulatora). Program je postao lak za promjenu. Ali oprema, naravno, ostaje nepromijenjena i vrlo jednostavna. Za poređenje, program ENIAC računara (gdje nije bilo programa pohranjenog u memoriji) je određen posebnim džamperima na ploči. Reprogramiranje mašine može potrajati više od jednog dana (podesite džampere drugačije).
I iako se programi za moderna računala mogu razvijati mjesecima, njihova instalacija (instalacija na računar) traje nekoliko minuta čak i za velike programe. Takav program se može instalirati na milione računara i raditi na svakom od njih godinama.

Prijave

Aneks 1

Aneks 2

Kompjuter "Ural"

Dodatak 3

Kompjuter "Strela"

Dodatak 4

IBM-305 i RAMAC

Dodatak 5

miniračunar PDP-8

Dodatak 6

književnost:

1) Broido V.L. Računalni sistemi, mreže i telekomunikacije. Udžbenik za srednje škole. 2nd ed. - Sankt Peterburg: Petar, 2004

2) Žmakin A.P. Arhitektura računara. - Sankt Peterburg: BHV - Petersburg, 2006

3) Semenenko V.A. itd. Elektronski računari. Udžbenik za stručne škole - M.: Viša škola, 1991

Von Neumann principi (Von Neumannova arhitektura)

Arhitektura računara

U stvari, Nojman je uspeo da generalizuje naučna dostignuća i otkrića mnogih drugih naučnika i na njihovoj osnovi formuliše jedan fundamentalno novi.

Von Neumannovi principi

Upotreba binarnog sistema brojeva u računarima. Prednost u odnosu na decimalni sistem je što se uređaji mogu napraviti prilično jednostavnim, aritmetičke i logičke operacije u binarnom sistemu su takođe prilično jednostavne.

Kontrola kompjuterskog softvera. Radom računara upravlja program koji se sastoji od skupa komandi. Naredbe se izvršavaju uzastopno jedna za drugom. Kreiranje mašine sa pohranjenim programom u memoriji bio je početak onoga što danas nazivamo programiranjem.

Računarska memorija se koristi ne samo za pohranjivanje podataka, već i programa. U ovom slučaju i programske komande i podaci su kodirani u binarnom brojevnom sistemu, tj. njihov način pisanja je isti. Stoga, u određenim situacijama, možete izvršiti iste radnje na naredbama kao i na podacima.

Memorijske ćelije računara imaju adrese koje su uzastopno numerisane. U svakom trenutku možete pristupiti bilo kojoj memorijskoj ćeliji po njenoj adresi. Ovaj princip je otvorio mogućnost korištenja varijabli u programiranju.

Mogućnost uslovnog skoka tokom izvršavanja programa. Uprkos činjenici da se komande izvršavaju sekvencijalno, programi mogu implementirati mogućnost skoka na bilo koji dio koda.

Najvažnija posledica ovih principa može se nazvati činjenica da sada program više nije bio stalni deo mašine (kao, na primer, kod kalkulatora). Program je postao lak za promjenu. Ali oprema, naravno, ostaje nepromijenjena i vrlo jednostavna.

Za poređenje, program ENIAC računara (gdje nije bilo programa pohranjenog u memoriji) je određen posebnim džamperima na ploči. Reprogramiranje mašine može potrajati više od jednog dana (podesite džampere drugačije). I iako za pisanje programa za moderne računare mogu potrajati godine, oni rade na milionima računara nakon nekoliko minuta instalacije na hard disk.

Kako funkcioniše von Neumann mašina

Von Neumannova mašina se sastoji od uređaja za skladištenje (memorije) - memorije, aritmetičko-logičke jedinice - ALU, upravljačkog uređaja - CU, kao i ulaznih i izlaznih uređaja.

Programi i podaci se unose u memoriju sa ulaznog uređaja preko aritmetičko-logičke jedinice. Sve programske komande se zapisuju u susjedne memorijske ćelije, a podaci za obradu mogu biti sadržani u proizvoljnim ćelijama. Za bilo koji program, posljednja komanda mora biti naredba za isključivanje.

Naredba se sastoji od indikacije koju operaciju treba izvršiti (od mogućih operacija na ovom hardveru) i adresa memorijskih ćelija u kojima su pohranjeni podaci na kojima se navedena operacija treba izvesti, kao i adrese ćelije gdje treba upisati rezultat (ako ga treba pohraniti u memoriju).

Aritmetičko-logička jedinica izvodi operacije određene naredbama nad navedenim podacima.

Iz aritmetičko-logičke jedinice, rezultati se izlaze u memoriju ili izlazni uređaj. Osnovna razlika između memorije i izlaznog uređaja je u tome što se podaci pohranjuju u memoriju u obliku pogodnom za kompjutersku obradu, a izlazni uređaji (štampač, monitor, itd.) se obrađuju na način koji je pogodan za osobu .

CU kontroliše sve delove računara. Signali „šta raditi“ šalju se sa upravljačkog uređaja na druge uređaje, a od ostalih uređaja kontrolna jedinica prima informacije o njihovom statusu.

Upravljački uređaj sadrži poseban registar (ćeliju) koji se naziva "programski brojač". Nakon učitavanja programa i podataka u memoriju, adresa prve instrukcije u programu se upisuje u programski brojač. CU čita iz memorije sadržaj memorijske ćelije čija se adresa nalazi u programskom brojaču i smešta je u poseban uređaj - "Registar komandi". CU određuje rad komande, „markira“ u memoriju podatke čije su adrese navedene u komandi i kontroliše izvršenje komande. Operaciju izvodi ALU ili kompjuterski hardver.

Kao rezultat izvršenja bilo koje naredbe, programski brojač se mijenja za jedan i stoga pokazuje na sljedeću programsku naredbu. Kada je potrebno izvršiti naredbu koja ne prati trenutnu po redu, ali je od zadate odvojena određenim brojem adresa, tada posebna naredba skoka sadrži adresu ćelije na koju će se prenijeti kontrola.

Von Neumannovi principi[uredi | uredi izvor]

Princip homogenosti memorije

Naredbe i podaci su pohranjeni u istoj memoriji i izvana se ne razlikuju u memoriji. Mogu se prepoznati samo po načinu na koji se koriste; odnosno, ista vrijednost u memorijskoj ćeliji može se koristiti i kao podatak, i kao naredba, i kao adresa, u zavisnosti samo od načina na koji joj se pristupa. Ovo vam omogućava da izvršite iste operacije na komandama kao i na brojevima i, shodno tome, otvara niz mogućnosti. Dakle, cikličkom promjenom adresnog dijela naredbe moguće je omogućiti pristup uzastopnim elementima niza podataka. Ova tehnika se zove modifikacija naredbi i nije dobrodošla sa stanovišta modernog programiranja. Korisnija je još jedna posljedica principa homogenosti, gdje se instrukcije jednog programa mogu primiti kao rezultat izvršavanja drugog programa. Ova mogućnost je u osnovi prijevoda - prijevoda programskog teksta sa jezika visokog nivoa na jezik određenog računara.

Princip ciljanja

Strukturno, glavna memorija se sastoji od numerisanih ćelija, a svaka ćelija je dostupna procesoru u svakom trenutku. Binarni kodovi naredbi i podataka dijele se na jedinice informacija, koje se nazivaju riječima, i pohranjuju u memorijske ćelije, a za pristup im se koriste brojevi odgovarajućih ćelija - adresa.

Princip programske kontrole

Svi proračuni predviđeni algoritmom za rješavanje problema moraju biti predstavljeni u obliku programa koji se sastoji od niza kontrolnih riječi - naredbi. Svaka instrukcija propisuje neku operaciju iz skupa operacija koje implementira računar. Programske komande pohranjuju se u sekvencijalne memorijske ćelije računala i izvršavaju se prirodnim redoslijedom, odnosno redoslijedom njihove pozicije u programu. Ako je potrebno, uz pomoć posebnih naredbi, ovaj redoslijed se može promijeniti. Odluka o promeni redosleda izvršavanja programskih naredbi donosi se ili na osnovu analize rezultata prethodnih proračuna, ili bezuslovno.

Princip binarnog kodiranja

Prema ovom principu, sve informacije, i podaci i komande, su kodirane binarnim znamenkama 0 i 1. Svaka vrsta informacija je predstavljena binarnim nizom i ima svoj format. Niz bitova u formatu koji ima specifično značenje naziva se polje. U numeričkim informacijama obično se razlikuju polje znaka i polje značajnih cifara. Postoje dva polja u formatu komande: polje koda operacije i polje adrese.

Još jedna istinski revolucionarna ideja, čija se važnost teško može precijeniti, je Nojmanov princip "pohranjenog programa". U početku je program postavljen instaliranjem džampera na poseban patch panel. Ovo je bio vrlo naporan zadatak: na primjer, bilo je potrebno nekoliko dana da se promijeni program ENIAC mašine (dok stvarni proračun nije mogao trajati više od nekoliko minuta - lampe su otkazale). Nojman je prvi pretpostavio da se program može pohraniti i kao skup nula i jedinica, iu istoj memoriji kao i brojevi koje obrađuje. Nepostojanje fundamentalne razlike između programa i podataka omogućilo je da sam računar formira program za sebe u skladu sa rezultatima proračuna.

Fon Nojman ne samo da je izneo osnovne principe logičkog uređaja računara, već je predložio i njegovu strukturu, koja je reprodukovana tokom prve dve generacije računara. Prema Neumannu, glavne jedinice su kontrolna jedinica (CU) i aritmetičko-logička jedinica (ALU) (obično kombinovane u centralnu procesorsku jedinicu), memorija, eksterna memorija, ulazni i izlazni uređaji. Šema uređaja takvog računara prikazana je na sl. 1. Treba napomenuti da se eksterna memorija razlikuje od ulaznih i izlaznih uređaja po tome što se podaci u nju unose u obliku koji je pogodan za računar, ali nepristupačan direktnoj ljudskoj percepciji. Dakle, magnetni disk se odnosi na eksternu memoriju, a tastatura je uređaj za unos, ekran i štampanje su uređaji za izlaz.

Rice. 1. Arhitektura računara izgrađena na principima von Neumann-a. Pune linije sa strelicama označavaju smjer tokova informacija, isprekidane linije označavaju kontrolne signale od procesora do drugih računarskih čvorova.

Upravljački uređaj i aritmetičko-logička jedinica u modernim računarima kombinovani su u jednu jedinicu - procesor, koji je pretvarač informacija koje dolaze iz memorije i eksternih uređaja (ovo uključuje dohvaćanje komandi iz memorije, kodiranje i dekodiranje, izvođenje različitih operacija, uključujući aritmetičke , koordiniranje rada računarskih čvorova). Funkcije procesora će biti detaljnije razmotrene u nastavku.

Memorija (memorija) pohranjuje informacije (podatke) i programe. Uređaj za skladištenje savremenih računara je „slojni“ i uključuje memoriju sa slučajnim pristupom (RAM) koja pohranjuje informacije sa kojima računar radi direktno u datom trenutku (izvršni program, neki od podataka potrebnih za njega, neki kontrolni programi ), a vanjski uređaji za pohranu (OVD). ) je mnogo veći od RAM-a. ali sa znatno sporijim pristupom (i mnogo nižom cijenom po bajtu pohranjenih informacija). Klasifikacija memorijskih uređaja ne završava sa RAM-om i VZU-om - određene funkcije obavljaju i SRAM (super-brza memorija), i ROM (memorija samo za čitanje), i druge podvrste računarske memorije.

U računaru izgrađenom prema opisanoj shemi, naredbe se uzastopno čitaju iz memorije i izvršavaju. Broj (adresa) sljedeće memorijske ćelije. iz koje će se izdvojiti sljedeća komanda programa označava poseban uređaj - brojač komandi u upravljačkoj jedinici. Njegovo prisustvo je takođe jedna od karakterističnih karakteristika arhitekture koja se razmatra.

Osnove arhitekture računarskih uređaja koje je razvio von Neumann pokazali su se toliko temeljnim da su u literaturi dobili naziv „von Neumannova arhitektura“. Velika većina današnjih računara su fon Nojmanove mašine. Izuzetak su samo određeni tipovi sistema za paralelno računanje, u kojima ne postoji programski brojač, nije implementiran klasični koncept varijable, a postoje i druge bitne fundamentalne razlike od klasičnog modela (primjeri su protočni i redukcijski računari).

Očigledno će doći do značajnog odstupanja od von Neumannove arhitekture kao rezultat razvoja ideje o mašinama pete generacije, u kojima se obrada informacija ne temelji na proračunima, već na logičkim zaključcima.

U stvari, Nojman je uspeo da generalizuje naučna dostignuća i otkrića mnogih drugih naučnika i na njihovoj osnovi formuliše jedan fundamentalno novi.

Von Neumannovi principi

Upotreba binarnog sistema brojeva u računarima. Prednost u odnosu na decimalni sistem je što se uređaji mogu napraviti prilično jednostavnim, aritmetičke i logičke operacije u binarnom sistemu su takođe prilično jednostavne.
Kontrola kompjuterskog softvera. Radom računara upravlja program koji se sastoji od skupa komandi. Naredbe se izvršavaju uzastopno jedna za drugom. Kreiranje mašine sa pohranjenim programom u memoriji bio je početak onoga što danas nazivamo programiranjem.
Računarska memorija se koristi ne samo za pohranjivanje podataka, već i programa. U ovom slučaju i programske komande i podaci su kodirani u binarnom brojevnom sistemu, tj. njihov način pisanja je isti. Stoga, u određenim situacijama, možete izvršiti iste radnje na naredbama kao i na podacima.
Memorijske ćelije računara imaju adrese koje su uzastopno numerisane. U svakom trenutku možete pristupiti bilo kojoj memorijskoj ćeliji po njenoj adresi. Ovaj princip je otvorio mogućnost korištenja varijabli u programiranju.
Mogućnost uslovnog skoka tokom izvršavanja programa. Uprkos činjenici da se komande izvršavaju sekvencijalno, programi mogu implementirati mogućnost skoka na bilo koji dio koda.

Kako funkcioniše von Neumann mašina

Von Neumannova mašina se sastoji od uređaja za skladištenje (memorije) - memorije, aritmetičko-logičke jedinice - ALU, upravljačkog uređaja - CU, kao i ulaznih i izlaznih uređaja.

Aritmetičko-logička jedinica izvodi operacije određene naredbama nad navedenim podacima.

CU kontroliše sve delove računara. Signali „šta raditi“ šalju se sa upravljačkog uređaja na druge uređaje, a od ostalih uređaja kontrolna jedinica prima informacije o njihovom statusu.

Na nivou domaćinstva, pojam "arhitektura" kod većine ljudi je snažno povezan sa raznim zgradama i drugim inženjerskim strukturama. Dakle, možemo govoriti o arhitekturi gotičke katedrale, Ajfelovog tornja ili opere. U drugim oblastima ovaj termin se koristi prilično retko, međutim, za računare je koncept "kompjuterske arhitekture" (elektronski računar) već čvrsto uspostavljen i široko se koristi od 70-ih godina prošlog veka. Da bismo razumeli kako se programi i skripte izvršavaju na računaru, prvo je potrebno znati kako svaka od njegovih komponenti funkcioniše. Osnove doktrine arhitekture računara, o kojima se govori u lekciji, postavio je Džon fon Nojman. U ovoj lekciji možete saznati više o logičkim čvorovima, kao i o trunk-modularnom principu arhitekture modernih personalnih računara.

Principe koji su u osnovi kompjuterske arhitekture formulisao je 1945. Džon fon Nojman, koji je razvio ideje Čarlsa Bebidža, koji je predstavljao rad računara kao rad skupa uređaja: procesiranje, kontrola, memorija, ulaz-izlaz.

Von Neumann principi.

1. Princip homogenosti memorije. Možete izvršiti iste radnje na naredbama kao i na podacima.

2. Princip adresabilnosti memorije. Glavna memorija je strukturno sastavljena od numerisanih ćelija; bilo koja ćelija je dostupna procesoru u bilo koje vrijeme. To podrazumijeva mogućnost davanja imena područjima memorije tako da se vrijednostima pohranjenim u njima može naknadno pristupiti ili promijeniti tokom izvršavanja programa koristeći dodijeljena imena.

3. Princip sekvencijalnog upravljanja programom. Pretpostavlja se da se program sastoji od skupa instrukcija koje procesor automatski izvršava jednu za drugom u određenom nizu.

4. Princip krutosti arhitekture. Nepromjenjivost u procesu topologije, arhitekture, liste komandi.

Računari izgrađeni na principima fon Neumanna imaju klasičnu arhitekturu, ali osim nje postoje i drugi tipovi arhitekture. Na primjer, Harvard. Njegove prepoznatljive karakteristike su:

skladište instrukcija i skladište podataka su različiti fizički uređaji;
kanal instrukcija i kanal podataka su takođe fizički odvojeni.

U istoriji razvoja kompjuterske tehnologije, otprilike svakih 10 godina desio se kvalitativni skok. Takav skok povezuje se s pojavom nove generacije računara. Ideja o mašinama za podelu pojavila se zbog činjenice da je tokom kratke istorije svog razvoja kompjuterska tehnologija doživjela veliku evoluciju kako u pogledu elementarne baze (lampe, tranzistori, mikrokrugovi, itd.), tako i u pogledu promjenom njegove strukture, pojavom novih mogućnosti, širenjem područja primjene i prirode korištenja. Sve detaljnije faze razvoja kompjutera prikazano na sl. 2. Da bismo razumjeli kako i zašto je jedna generacija zamijenjena drugom, potrebno je znati značenje pojmova kao što su memorija, brzina, stepen integracije itd.

Rice. 2. Generacije računara ()

Među računarima koji nisu klasične, ne von Neumannove arhitekture, izdvajaju se takozvani neuroračunari. Oni simuliraju rad ljudskih moždanih ćelija, neurona, kao i nekih dijelova nervnog sistema sposobnih za razmjenu signala.

Svaki logički čvor računara obavlja svoje funkcije. Funkcije procesor(slika 3):

- obradu podataka (izvođenje aritmetičkih i logičkih operacija nad njima);

- upravljanje svim ostalim računarskim uređajima.

Rice. 3. Računarska centralna procesorska jedinica ()

Program se sastoji od zasebnih komandi. Instrukcija uključuje šifru operacije, adrese operanada (vrijednosti uključene u operaciju) i adresu rezultata.

Izvršenje naredbe podijeljeno je u sljedeće korake:

· izbor komandi;

formiranje adrese naredne komande;
dekodiranje naredbi;
izračunavanje adresa operanada;
izbor operanda;
izvršenje operacije;
formiranje znaka rezultata;
rekord rezultata.

Nisu svi koraci prisutni prilikom izvršavanja bilo koje komande (u zavisnosti od tipa komande), ali se uvek odvijaju koraci dohvaćanja, dekodiranja, generisanja adrese sledeće komande i izvršavanja operacije. U određenim situacijama moguća su još dva koraka:

indirektno adresiranje;
prekid odgovora.

RAM(Sl. 4) je raspoređen na sljedeći način:

primanje informacija od drugih uređaja;
pamćenje informacija;
prijenos informacija na zahtjev na druge kompjuterske uređaje.

Rice. 4. RAM (Random Access Memory) računara ()

Arhitektura savremenih računara zasnovana je na trunk-modularni princip(Sl. 5). Modularni princip vam omogućava da dovršite željenu konfiguraciju i izvršite potrebne nadogradnje. Zasnovan je na principu sabirnice razmjene informacija između modula. Sistemska sabirnica ili okosnica računara uključuje nekoliko magistrala za različite svrhe. Prtljažnik uključuje tri multi-bitne magistrale:

sabirnica podataka;
adresna sabirnica;
kontrolna sabirnica.

Rice. 5. Trunk-modularni princip izgradnje PC-a

Sabirnica podataka se koristi za prijenos različitih podataka između računarskih uređaja; adresna magistrala se koristi za adresiranje prenesenih podataka, odnosno za određivanje njihove lokacije u memoriji ili u I/O uređajima; kontrolna magistrala uključuje kontrolne signale koji služe za vremensku koordinaciju rada različitih računarskih uređaja, za određivanje pravca prenosa podataka, za određivanje formata prenetih podataka itd.

Ovaj princip važi za različite računare, koji se mogu podeliti u tri grupe:

stacionarno;
kompaktni (laptopi, netbookovi, itd.);
džep (pametni telefoni, itd.).

U sistemskoj jedinici stacionarnog računara ili u kompaktnom kućištu nalaze se glavni logički čvorovi - ovo je matična ploča s procesorom, napajanje, vanjski memorijski pogoni itd.

Bibliografija

1. Bosova L.L. Informatika i IKT: Udžbenik za 8. razred. - M.: BINOM. Laboratorija znanja, 2012.

2. Bosova L.L. Informatika: Radna sveska za 8. razred. - M.: BINOM. Laboratorija znanja, 2010.

3. Astafieva N.E., Rakitina E.A., Informatika u shemama. - M.: BINOM. Laboratorija znanja, 2010.

4. Tannenbaum E. Arhitektura računara. - 5th ed. - Sankt Peterburg: Peter, 2007. - 844 str.

1. Internet portal "Svi savjeti" ()

2. Internet portal "Elektronska enciklopedija "Računar"" ()

3. Internet portal "apparatnoe.narod.ru" ()

Zadaća

1. Poglavlje 2, §2.1, 2.2. Bosova L.L. Informatika i IKT: Udžbenik za 8. razred. - M.: BINOM. Laboratorija znanja, 2012.

2. Kako je skraćenica od kompjutera?

3. Šta podrazumijeva pojam "Arhitektura računara"?

4. Ko je formulisao osnovne principe u osnovi kompjuterske arhitekture?

5. Na čemu se zasniva arhitektura savremenih računara?

6. Koje su glavne funkcije centralnog procesora i RAM-a računara.

· Princip binarnog kodiranja

· Prema ovom principu, sve informacije koje ulaze u kompjuter se kodiraju binarnim signalima (binarne cifre, bitovi) i dijele na jedinice koje se zovu riječi.

· Princip homogenosti memorije

· Programi i podaci su pohranjeni u istoj memoriji. Stoga računar ne razlikuje šta je pohranjeno u datoj memorijskoj ćeliji - broj, tekst ili naredbu. Možete izvršiti iste radnje na naredbama kao i na podacima.

· Princip adresabilnosti memorije

· Strukturno, glavna memorija se sastoji od numerisanih ćelija; bilo koja ćelija je dostupna procesoru u bilo koje vrijeme. To podrazumijeva mogućnost davanja imena područjima memorije, tako da se vrijednostima pohranjenim u njima kasnije može pristupiti ili promijeniti tokom izvršavanja programa korištenjem dodijeljenih imena.

· Princip sekvencijalnog programskog upravljanja

· Pretpostavlja da se program sastoji od skupa instrukcija koje procesor automatski izvršava jednu za drugom u određenom nizu.

· Princip arhitektonske krutosti

· Nepromjenjivost u procesu topologije, arhitekture, liste komandi.

· Računari izgrađeni na ovim principima se klasifikuju kao von Neumann računari.

· Najvažnija posledica ovih principa može se nazvati to što program sada više nije bio stalni deo mašine (kao, na primer, kalkulator). Program je postao lak za promjenu. Ali oprema, naravno, ostaje nepromijenjena i vrlo jednostavna.

· Za poređenje, program ENIAC računara (gde nije bilo programa pohranjenog u memoriji) je određen posebnim džamperima na panelu. Reprogramiranje mašine može potrajati više od jednog dana (podesite džampere drugačije). I iako za pisanje programa za moderne računare mogu potrajati godine, oni rade na milionima računara nakon nekoliko minuta instalacije na hard disk.

· Von Neumannova mašina se sastoji od uređaja za skladištenje (memorije) - memorije, aritmetičko-logičke jedinice - ALU, upravljačkog uređaja - CU, kao i ulaznih i izlaznih uređaja.

· Programi i podaci se unose u memoriju sa ulaznog uređaja preko aritmetičko-logičke jedinice. Sve programske komande se zapisuju u susjedne memorijske ćelije, a podaci za obradu mogu biti sadržani u proizvoljnim ćelijama. Za bilo koji program, posljednja komanda mora biti naredba za isključivanje.

· Aritmetičko-logička jedinica izvodi operacije specificirane naredbama na specificiranim podacima.

· Iz aritmetičko-logičke jedinice, rezultati se izlaze u memoriju ili izlazni uređaj. Osnovna razlika između memorije i izlaznog uređaja je u tome što se podaci pohranjuju u memoriju u obliku pogodnom za kompjutersku obradu, a izlazni uređaji (štampač, monitor, itd.) se obrađuju na način koji je pogodan za osobu .

· CU kontroliše sve delove računara. Signali „šta raditi“ šalju se sa upravljačkog uređaja na druge uređaje, a od ostalih uređaja kontrolna jedinica prima informacije o njihovom statusu.

· Upravljački uređaj sadrži poseban registar (ćeliju) nazvan "programski brojač". Nakon učitavanja programa i podataka u memoriju, adresa prve instrukcije u programu se upisuje u programski brojač. CU čita iz memorije sadržaj memorijske ćelije čija se adresa nalazi u programskom brojaču i smešta je u poseban uređaj - "Registar komandi". CU određuje rad komande, „markira“ u memoriju podatke čije su adrese navedene u komandi i kontroliše izvršenje komande. Operaciju izvodi ALU ili kompjuterski hardver.

· Kao rezultat izvršenja bilo koje komande, programski brojač se menja za jedan i, prema tome, pokazuje na sledeću programsku komandu. Kada je potrebno izvršiti naredbu koja ne prati trenutnu po redu, ali je od zadate odvojena određenim brojem adresa, tada posebna naredba skoka sadrži adresu ćelije na koju će se prenijeti kontrola.

16) Struktura i arhitektura računarskog sistema

Sistem (od grčkog systema - cjelina, veza sastavljena od dijelova) je skup elemenata koji međusobno djeluju, čineći određeni integritet, jedinstvo.
Računarski sistem je skup jednog ili više računara ili procesora, softvera i periferne opreme organizovanih za zajedničko izvršavanje informacija i računarskih procesa.
Posebnost CS-a u odnosu na računare je prisustvo u njima nekoliko kalkulatora koji implementiraju paralelnu obradu.
Osnovni principi konstrukcije postavljeni prilikom stvaranja aviona:
sposobnost rada u različitim režimima;
modularnost strukture hardvera i softvera, koja omogućava poboljšanje i modernizaciju računarskih sistema bez njihovih radikalnih izmena;
unifikacija i standardizacija tehničkih i softverskih rješenja;
hijerarhija u organizaciji upravljanja procesima;
sposobnost sistema da se prilagode, samoprilagode i samoorganiziraju;
pružanje potrebne usluge korisnicima prilikom izvođenja proračuna
Po dogovoru, avioni se dijele na
univerzalni,
orijentisan na probleme
specijalizovana.
Univerzalni su namijenjeni rješavanju široke klase zadataka. Problemski orijentisani se koriste za rješavanje određenog spektra problema u relativno uskom području. Specijalizirana usmjerena na rješavanje uže klase problema
Po tipu aviona razlikuju se
multi-machine
multiprocesor.
Računarski sistem se može izgraditi na bazi čitavih računara (multi-mašinski CS) ili na bazi pojedinačnih procesora (multiprocesorski CS).
Prema vrsti računara ili procesora razlikuju se
homogeni - izgrađeni su na bazi istog tipa računara ili procesora.
heterogeni sistemi – obuhvataju različite tipove računara ili procesora.
Geografski, avioni se dijele na:
koncentriran (sve komponente se nalaze u neposrednoj blizini jedna drugoj);
distribuirano (komponente se mogu nalaziti na znatnoj udaljenosti, na primjer, računarske mreže);
Prema metodama upravljanja elementima aviona postoje
centralizovan,
decentralizovano
sa mešovitom kontrolom.

Prema načinu rada aviona, sistemi koji rade u
operativni
neoperativni vremenski režimi.
Osim toga, VS može biti strukturno
jednostepeni (postoji samo jedan opšti nivo obrade podataka);
Višerazinske (hijerarhijske) strukture. U hijerarhijskom CS, mašine ili procesori su raspoređeni na različite nivoe obrade informacija, neke mašine (procesori) se mogu specijalizovati za obavljanje određenih funkcija.
Struktura računarskog sistema.
Struktura VS je skup složenih elemenata i njihovih veza. Odvojeni računari i procesori deluju kao elementi aviona.
Opisana struktura na više nivoa implementira klasičnu von Neumann organizaciju VS i pretpostavlja sekvencijalnu obradu informacija prema unaprijed kompajliranom programu.
Arhitektura računarskih sistema. Klasifikacija arhitektura računarskih sistema.
Arhitektura sistema je skup sistemskih svojstava koja su neophodna za upotrebu.
Arhitektura računara je njegov opis na nekom opštem nivou, uključujući opis mogućnosti korisničkog programiranja, komandnih sistema, sistema adresiranja, organizacije memorije itd.
Klasična arhitektura (von Neumann arhitektura) - jedna aritmetičko-logička jedinica (ALU) kroz koju prolazi tok podataka i jedna kontrolna jedinica (CU) kroz koju prolazi tok komandi - program. Ovo je računar sa jednim procesorom.
Višemašinski računarski sistem. Ovdje nekoliko procesora uključenih u računarski sistem nemaju zajedničku RAM memoriju, ali svaki ima svoju (lokalnu). Svaki računar u višemašinskom sistemu ima klasičnu arhitekturu, a takav sistem se koristi prilično široko.
Najranija i najpoznatija je klasifikacija arhitektura računarskih sistema koju je 1966. predložio M. Flynn.

· Klasifikacija se zasniva na konceptu niti, koji se shvata kao niz elemenata, naredbi ili podataka koje obrađuje procesor. Na osnovu broja tokova instrukcija i tokova podataka, Flynn razlikuje četiri klase arhitektura: SISD, MISD, SIMD, MIMD.
SISD (single instruction stream / single data stream) - jedan tok instrukcija i jedan tok podataka. Ova klasa uključuje, prije svega, klasične sekvencijalne strojeve, ili inače, strojeve tipa von Neumann, na primjer, PDP-11 ili VAX 11/780. U takvim mašinama postoji samo jedan tok instrukcija, sve instrukcije se obrađuju uzastopno jedna za drugom, a svaka instrukcija pokreće jednu operaciju sa jednim tokom podataka. Nema veze što se cevovodna obrada može koristiti za povećanje brzine obrade instrukcija i brzine aritmetičkih operacija – i CDC 6600 mašina sa skalarnim funkcionalnim jedinicama i CDC 7600 mašina sa cevovodom spadaju u ovu klasu.
SIMD (single instruction stream / multiple data stream) - jedan tok instrukcija i višestruki tok podataka. U arhitekturama ove vrste sačuvan je jedan tok instrukcija, koji, za razliku od prethodne klase, uključuje vektorske instrukcije. Ovo vam omogućava da izvršite jednu aritmetičku operaciju na više podataka odjednom - elementima vektora. Način izvođenja vektorskih operacija nije preciziran, pa se obrada vektorskih elemenata može izvoditi ili pomoću procesorske matrice, kao u ILLIAC IV, ili korištenjem cjevovoda, kao na primjer u CRAY-1 mašini.
MISD (multiple instruction stream / single data stream) - višestruki tok instrukcija i jedan tok podataka. Definicija implicira da postoji mnogo procesora u arhitekturi koji obrađuju isti tok podataka. Međutim, ni Flynn ni drugi arhitekti računara još uvijek nisu bili u stanju pružiti uvjerljiv primjer stvarnog računarskog sistema izgrađenog na ovom principu. Brojni istraživači tome pripisuju transportne mašine

Pečat

Također zanimljivo:

Kako promijeniti slovo koristeći standardne Windows alate Kako promijeniti slovo lokalnog diska

Code Blocks IDE - Postavljanje i korištenje

Svrha programa SolidWorks

Preporučujemo da pročitate:

2022-05-13 03:45:28

Kako uključiti bluetooth na laptopu

2022-05-13 03:45:28

Kako pozvati hitnu pomoć sa broja Beeline?

2022-05-13 03:45:28

Kreiranje GRUB4DOS fleš diska za pokretanje sa grubinstom

Nastavak teme:

Windows

Programi za kreiranje avatara

Natalya Komarova , 28.05.2009. (25.03.2018.) Kada čitate forum ili blog, sjećate se autora postova po nadimku i ... po slici korisnika, tzv avataru ....