1. История развития вычислительной техники до появления ЭВМ
1623 г. – В. Шиккард, профессор Тюбингенского университета предложил агрегат, состоящий из суммирующего и множительного устройства.
1642 г. – Блез Паскаль продемонстрировал в Люксембургском дворце машину, которая могла складывать и вычитать.
1673 г. – немецкий математик и философ Г. Лейбниц представил в Парижской академии вычислитель, выполняющий все 4 арифметических действия.
• 1812–1823 гг. – профессор Кембриджского университета Чарльз Беббидж построил разностную машину, а в 1835 г. он же представил проект аналитической машины (прообраз ПК): склад, мельница, управляющий. Фрагмент такого вычислителя построил сын ученого, а программы для него готовила первый программист Ада Лавлейс (Байрон).
• 1880 г. – Г. Холлерит сконструировал электромеханический перфокарточный табулятор, который использовался при переписи населения в США и в России.
• 1911 г. – механик А.Н. Крылов построил уникальный аналоговый решатель дифференциальных уравнений.
• 1918 г. – М.А. Бонч-Бруевич изобрел триггер.
• 1919 г. – академик Н.Н. Павловский создал аналоговую вычислительную машину.
• 1928 г. – основана фирма Motorola для производства электронных узлов вычислителей.
• 1936 г. – английский математик А. Тьюринг опубликовал доказательство того, что любой алгоритм может быть реализован с помощью дискретного автомата.
• 1939 г. – американский инженер Дж. Стибниц создал релейную машину BELL.
• 1939 г. – У. Хьюлетт и Д. Паккард основали компанию для производства компонентов первых вычислителей.
• 1946 г. – Джон фон Нейман и Гольдстейн опубликовали статью «Предварительное обсуждение логической конструкции ЭВМ».
• 1947 г. – Шокли и др. изобрели транзистор.
• 1948 г. – в Массачусетском университете был построен первый компьютер с памятью EDVAC.
• 1949 г. – Морис Уилкс построил компьютер EDSAC в соответствии с принципами фон Неймана.
• 1957 г. – Б. Нойс и Г. Мур открыли первую в мире компанию по производству полупроводниковых приборов, спустя 10 лет ими была создана фирма «Intel Corporation».
• 1971 г. – сотрудник фирмы Intel Д. Хофф создает первый микропроцессор i4004.
• 1975 г. – рождение корпорации «Microsoft Corporation».
• 1977 г. – Стефен Возняк и Стивен Джобс собирают первый настольный компьютер «Apple».
1981 г. – IBM представляет свой первый персональный компьютер IBM PC.
2. Поколения ЭВМ, описание, краткая характеристика
| Характеристики | Первое 1951–1954 гг. | Второе 1958–1960 гг. | Третье 1965–1966 гг. | Четвертое | Пятое | |
| 1976–1979 гг. | 1985 г. | |||||
| 1. Элементная база ЦП | Электронные лампы | Транзисторы | Интегральные схемы | БИС | СБИС | СБИС + опто – и крио – электроника |
| 2. Элементная база ОЗУ | Электронно-лучевые трубки | Ферритовые сердечники | Ферритовые сердечники | БИС | СБИС | СБИС |
| 3. Maксимальная емкость ОП в байтах | 102 | 103 | 104 | 105 | 107 | 108 |
| 4. Максимальное быстродействие ЦП в ОС | 104 | 106 | 107 | 108 | 109 + многопроцессорность | 1012 + многопроц |
| 5. Языки программиро-вания | Машинный код | + ассемблер | + процедурные языки высокого уровня (ЯВУ) | + новые процедурные ЯВУ | + непроцедурные ЯВУ | + новые непроцедурные ЯВУ |
| 6. Средства связи пользователя с ЭВМ | Пульт управления, перфокарты | Перфокарты, перфоленты | Алфавитно-цифровой терминал | Монохромный графический дисплей, клавиатура | Цветной графический дисплей, клавиатура, «мышь» и т.д. | + устройства голосовой связи с ЭВМ |
3. Принципы фон Неймана архитектуры построения ЭВМ
· наличие единого вычислительного устройства, включающего процессор, средства передачи информации и память;
· линейная структура адресации памяти, состоящей из слов фиксированной длины;
· двоичная система исчисления;
· централизованное последовательное управление;
· хранимая программа;
· низкий уровень машинного языка;
· наличие команд условной и безусловной передачи управления;
· АЛУ с представлением чисел в форме с плавающей точкой.
4. Системы счисления. Функции, разновидности, перевод целых и дробных чисел из одной системы счисления в другую
Cистема счисления – способ представления любого числа с помощью некоторого алфавита символов, называемых цифрами.
Позиционная система счисления – количественное значение каждой цифры зависит от ее места (позиции) в числе.
Непозиционная система счисления – цифры не меняют своего количественного значения при изменении их расположения в числе.
Целое число с основанием P1 переводится в систему счисления с основанием P2 путем последовательного деления числа Ap1 на основание P2, записанного в виде числа с основанием P1, до получения остатка.
Полученное частное следует вновь делить на основание P2 и этот процесс надо повторять до тех пор, пока частное не станет меньше делителя.
Полученные остатки от деления и последнее частное записываются в порядке, обратном полученному при делении.
Сформированное число и будет являться числом с основанием P2
Дробное число с основанием P1 переводится в систему счисления с основанием P2 путем последовательного умножения Ap1 на основание P2 записанное в виде числа с основанием P1.
При каждом умножении целая часть произведения берется в виде очередной цифры соответствующего разряда, а оставшаяся дробная часть принимается за новое множимое.
Число умножений определяет разрядность полученного результата, представляющего число Ap1, в системе счисления P2
5. Представление информации в ЭВМ. Числовая, текстовая, графическая, видео и звуковая информация
Представление числовой информации.
В ЭВМ используются три вида чисел:
- с фиксированной точкой,
- с плавающей точкой,
- двоично-десятичное представление.
У чисел с фиксированной точкой – строго определенное место точки – или перед первой значащей цифрой числа (дробное, число по модулю меньше единицы, например 0.101), или после последней значащей цифрой числа (целое число, например 101.0).
Числа с плавающей точкой представляются в виде мантиссы тa и порядка рa, например число А10=373 можно представить в виде 0.373 • 103, при этом тa= 0.373, рa= 3.
Порядок числа ра определяет положение точки в двоичном числе. Например, А2= (100; 0.101101) – обозначает число А2= 1011.01
Двоично-десятичная форма представления двоичных чисел используется при необходимости ввода, вывода и обработки большого количества десятичных данных. Для перевода из десятичной системы в двоичную и наоборот требуется много дополнительных команд.
В двоично-десятичной системе каждая цифра десятичного числа представляется двоичной тетрадой. Например, А10=3759, А2-10= 0011 0111 0101 1001.
Значение знака числа отмечается кодом, отличным
от кодов цифр. Например «+» имеет значение тетрады «1100», а «–» – «1101».
Представление символьной информации
При вводе информации с клавиатуры кодирование происходит при нажатии клавиши, на которой изображен требуемый символ, при этом в клавиатуре вырабатывается так называемый scan-код, представляющий собой двоичное число, равное порядковому номеру клавиши.
Опознание символа и присвоение ему внутреннего кода ЭВМ производятся специальной программой по специальным таблицам: КОИ-7, ASCII, Win-1251, ISO, Unicode.
В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования – базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255.
Первые 32 кода базовой таблицы содержат управляющие коды.
Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.
Вторая половина таблицы содержит национальные шрифты, символы псевдографики, из которых могут быть построены таблицы, специальные математические знаки.
В СССР действовала системы кодирования КОИ – 7,8 (код обмена информацией, семи-, восьмизначный).
В системах Windows используется кодировка символов русского языка Windows-1251.
Система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной – UNICODE. Она позволяет обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов.
Представление видеоинформации
Может быть статической или динамической.
Статическая – текст, рисунки, графики, чертежи, таблицы. Рисунки – плоские – двухмерные и объемные – трехмерные.
По способу формирования видеоизображения бывают растровые и векторные.
Растровая графика (а) задается массивом точек, векторная (б) – отрезками линий (с координатами начала, углом наклона и длиной).
6. Арифметические основы ЭВМ. Машинные коды, операции с ними
Все современные ЭВМ имеют достаточно развитую систему команд, включающую десятки и сотни машинных операций. Но выполнение любой операции основано на использовании простейших микроопераций типа сложения и сдвиг. Это позволяет иметь единое арифметико-логическое устройство для выполнения любых операций, связанных с обработкой информации.
Машинные коды
Под знак чисел отводится специальный знаковый разряд. Знак «+» кодируется двоичным нулем, а знак «–» – единицей.
В ЭВМ все операции выполняются над числами, представленными специальными машинными кодами. Их использование позволяет обрабатывать знаковые разряды чисел так же, как и значащие разряды, а также заменять операцию вычитания операцией сложения.