Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Конспект лекций ОЭВМиС

.pdf
Скачиваний:
53
Добавлен:
20.05.2015
Размер:
1.79 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ МЕНЕДЖМЕНТА»

«Организация ЭВМ и систем»

Конспект лекций

Направление (специальность) 230400.62 – «Информационные системы и технологии

Оренбург

2013

1

Тема 1. Арифметические и логические основы вычислительных машин (4 часа) Лекция 1

Цель: Представление информации в ЭВМ, методы кодирования информации. Дать понятие системы счисления, перевода чисел из одной системы счисления в другую. Познакомить с историей развития вычислительной техники, поколения ЭВМ

План

1.Представление информации в ЭВМ

2.Понятие системы счисления

3.Методы кодирования информации.

4.Перевод чисел из одной системы счисления в другую.

5.История развития вычислительной техники,

6.Поколения ЭВМ

Основная литература

1.Пятибратов А.П., Гудыно Л.П., Кириченко А.А.. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Финансы и статистика, 2005.

2.Симонович С.В. и др. Информатика: Базовый курс. СПб.: Питер, 2005.

3.Под ред. Макаровой Н.В.. Информатика: Учебник. 3-е перераб. изд. М.: Финансы и статистика, 2004.

Дополнительная литература

1.Калабеков Б.А. / Цифровые устройства и микропроцессорные системы / М.: Радио и связь,

2003.

2.К. Айден, О. Колесниченко, М. Крамер, Х. Фибельман, И. Шищигин / Аппаратные средства РС / С-П.:BHV, 2004.

3.Бройдо Д.С., Ильина О.В. / Архитектура вычислительных машин и систем.

4.Корнеев В.В. / Современные микропроцессоры. Изд.2 / М.:Нолидж, 2000.

5.Марк Минаси / Модернизация и обслуживание ПК / Киев «Век+», Москва «Энтроп»,

2000.

1 .Представление информации в ЭВМ, методы кодирования информации.

311Представление информации в компьютере Все есть число", — говорили пифагорийцы, подчеркивая необычайно важную роль чисел в

практической деятельности. Известно множество способов представления чисел. В любом случае число изображается символом или группой символов (словом) некоторого алфавита. Будем называть такие символы цифрами.

Естественная и экспоненциальная запись числа

В вычислительных машинах применяются две формы преставления двоичных чисел

естественная форма или форма с фиксированной запятой, в которой все числа изображаются в виде последовательности цифр с постоянным для всех чисел положением запятой, отделяющей целую часть от дробной.

нормальная форма или форма с плавающей запятой

Представление чисел в формате с плавающей запятой. Вещественные числа (конечные и бесконечные десятичные дроби) хранятся и обрабатываются в компьютере в формате с плавающей запятой. В этом случае положение запятой в записи числа может изменяться.

Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразовывают в нормализованную (экспоненциальную) форму:

0,001 = 0,1 * 10-3 – запись в 10-ичной СС. ест. экспон.

Aq = m * qn – число в любой СС в экспоненциальной форме.

2

m – мантисса числа (дробь, им после запятой цифру 0) q – основание СС

n - порядок числа.

Первая часть числа называется мантиссой, а вторая – характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят для хранения характеристики. Для однозначности представления чисел c плавающей запятой используется нормализованная форма, при которой мантисса отвечает условию: 1/n ≤ |m| < 1.

Это означает, что мантисса должна быть правильной дробью и иметь после запятой цифру, отличную от нуля

2. Системы счисления, перевод чисел из одной системы счисления в другую.

Понятие СС.

Для представления чисел используются непозиционные и позиционные системы счисления. Система счисления — это совокупность приемов и правил, по которым числа записываются и

читаются.

Система счисления должна обладать следующими свойствами:

простота способа записи чисел на материальном носителе;

удобство выполнения арифметических операций над числами в предложенной записи;

наглядность обучения основам работы с числами.

Классификация систем счисления Все многообразие систем счисления можно разделить на две группы:

1.Аддитивные (непозиционные) системы счисления.

2.Позиционные системы счисления.

Аддитивные системы счисления – системы записи чисел, в которых каждой цифре в записи числа соответствует величина, не зависящая от местонахождения этой цифры в записи числа.

Наиболее известной из аддитивных систем счисления является римская система счисления. В ней для обозначения чисел используются буквы латинского алфавита: I, V, X, L, C, D и M.

Позиционные системы счисления – системы записи чисел, в которых значение цифры в записи числа зависит от ее позиции или местонахождения в числе.

Совокупность различных цифр, используемых в позиционной системе счисления для записи чисел, называется алфавитом системы счисления.

Базис позиционной системы счисления – это последовательность чисел, каждое из которых задает значение цифры по ее месту в записи числа, то есть .вес. каждого разряда.

Внепозиционных системах счисления вес цифры (т. е. тот вклад, который она вносит в значение числа) не зависит от ее позиции в записи числа. Так, в римской системе счисления в числе

ХХХII (тридцать два) вес цифры Х в любой позиции равен просто десяти.

Впозиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число. Например, в числе 757,7 первая семерка означает 7 сотен, вторая — 7 единиц, а третья — 7 десятых долей единицы.

Сама же запись числа 757,7 означает сокращенную запись выражения

700 + 50 + 7 + 0,7 = 7 . 102 + 5 . 101 + 7 . 100 + 7 . 10—1 = 757,7.

Любая позиционная система счисления характеризуется своим основанием.

Основание позиционной системы счисления — количество различных цифр, используемых для изображения чисел в данной системе счисления.

За основание системы можно принять любое натуральное число — два, три, четыре и т.д.

Следовательно, возможно бесчисленное множество позиционных систем: двоичная, троичная,

четверичная и т.д. Запись чисел в каждой из систем счисления с основанием q означает сокращенную запись выражения

an-1 qn-1 + an-2 qn-2 + ... + a1 q1 + a0 q0 + a-1 q-1 + ... + a-m q-m,

где ai — цифры системы счисления; n и m — число целых и дробных разрядов, соответственно. Например:

Какие системы счисления используют специалисты для общения с компьютером?

3

Кроме десятичной широко используются системы с основанием, являющимся целой степенью числа 2, а именно:

двоичная (используются цифры 0, 1); восьмеричная (используются цифры 0, 1, ..., 7);

шестнадцатеричная (для первых целых чисел от нуля до девяти используются цифры 0, 1, ..., 9, а для следующих чисел — от десяти до пятнадцати — в качестве цифр используются символы A, B, C, D,

E, F).

Полезно запомнить запись в этих системах счисления первых двух десятков целых чисел: (табл

3.1 )

Из всех систем счисления особенно проста и поэтому интересна для технической реализации в компьютерах двоичная система счисления.

Люди предпочитают десятичную систему, вероятно, потому, что с древних времен считали по пальцам, а пальцев у людей по десять на руках и ногах. Не всегда и не везде люди пользуются десятичной системой счисления. В Китае, например, долгое время пользовались пятеричной системой счисления.

А компьютеры используют двоичную систему потому, что она имеет ряд преимуществ перед другими системами:

для ее реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями

(есть ток — нет тока, намагничен — не намагничен и т.п.), а не, например, с десятью, — как в десятичной;

представление информации посредством только двух состояний надежно и помехоустойчиво;

возможно применение аппарата булевой алгебры для выполнения логических преобразований информации;

двоичная арифметика намного проще десятичной.

Недостаток двоичной системы — быстрый рост числа разрядов, необходимых для записи чисел.

Непозиционные системы счисления имеют ряд существенных недостатков:

1.Существует постоянная потребность введения новых знаков для записи больших чисел.

2.Невозможно представлять дробные и отрицательные числа.

3.Сложно выполнять арифметические операции, так как не существует алгоритмов их выполнения.

Позиционные системы счисления. Развернутая форма числа

Основные достоинства любой позиционной системы счисления — простота выполнения арифметических операций и ограниченное количество символов (цифр), необходимых для записи любых чисел.

Основанием позиционной системы счисления называется возводимое в степень целое число,

которое равно количеству цифр, используемых для изображения чисел в данной системе счисления. Основание показывает также, во сколько раз изменяется количественное значение цифры при перемещении ее на соседнюю позицию.

Возможно множество позиционных систем, так как за основание системы счисления можно принять любое число не меньшее 2. Наименование системы счисления соответствует ее основанию (десятичная, двоичная, восьмеричная, шестнадцатеричная и т. д.).

! В позиционных системах счисления количественный эквивалент (значение) цифры зависит от ее места (позиции) в записи числа.

Десятичная система характеризуется тем, что в ней 10 единиц какого-либо разряда образуют единицу следующего старшего разряда. Другими словами, единицы различных разрядов представляют собой различные степени числа 10.

В системе счисления с основанием q (q-ичная система счисления) единицами разрядов служат последовательные степени числа q, иначе говоря, q единиц какого-либо разряда образуют единицу следующего разряда. Для записи чисел в q-ичной системе счисления требуется q различных цифр

(0,1,...,q-1).

4

Развернутая форма числа

В позиционной системе счисления любое вещественное число в развернутой форме может быть представлено в следующем виде:

Аq= ± (an-1qn-1+an-2qn-2+...+a0q0+a-1q-1+a-2q-2+...+a-mq-m)

Или

Аq = ± aiqi

Здесь А — само число,

q — основание системы счисления,

ai —цифры, принадлежащие алфавиту данной системы счисления, n — число целых разрядов числа,

m — число дробных разрядов числа.

Свернутой формой записи числа называется запись в виде

A=an-1an-2...a1a0,a-1...a-m

Именно такой формой записи чисел мы и пользуемся в повседневной жизни. Иначе свернутую форму записи называют естественной или цифровой.

Пример 1. Десятичное число А10=4718,63 в развернутой форме запишется так:

А10=4·103+7·102+1·101+8·100+6·10-1+3·10-2

Двоичная система счисления.

Пример 2 В двоичной системе счисления основание q=2. В этом случае формула (2.4) принимает вид:

А2= ± (an-12n-1+an-22n-2+...+a020+a-12-1+a-22-2+...+a-m2-m)

Здесь аi — возможные цифры (0, 1).

Итак, двоичное число представляет собой цепочку из нулей и единиц. При этом оно имеет достаточно большое число разрядов. Быстрый рост числа разрядов — самый существенный недостаток двоичной системы счисления.

Записав двоичное число А2=1001,1 в развернутом виде и произведя вычисления, получим это число, выраженное в десятичной системе счисления:

А2=1·23+0·22+0·21+1·20+1·2-1 = 8+1+0,5 = 9,510.

Восьмеричная система счисления

Пример 3.. Основание: q=8.

Алфавит: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Записав восьмеричное число А8=7764,1 в развернутом виде и произведя вычисления, получим это число, выраженное в десятичной системе счисления:

А8=7·83+7·82+6·81+4·80+1·8-1 = 3584 + 448 + 48 + 4 + 0,125 = 4084,12510

Шестнадцатеричная система счисления

Пример 4 . Основание: q=16.

Алфавит: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F.

Здесь только десять цифр из шестнадцати имеют общепринятое обозначение 0,1, …9. Для записи остальных цифр (10, 11, 12, 13, 14 и 15) обычно используются первые пять букв латинского алфавита.

Таким образом, запись 3АF16 означает:

3АF16 = 3·162+10·161+15·160 = 768+160+15 = 94310.

3 Методы кодирования информации.

Система кодирования применяется для замены названия объекта или условное обозначение в целях обеспечения удобной или более эффективной обработки информации

Система кодирования – совокупность правил кодового обозначения объектов.

Код строится на базе алфавита, состоящего из букв, цифр и других символов. Код характеризуется:

5

-длиной – число позиций в коде

-структурой – порядок расположения в коде символов, используемых для обозначения классификационного признака.

Можно выделить две группы системы кодирования:

3.1 Классификационное кодирование:

Применяется после проведения классификации.

-последовательное кодирование используется для иерархической классификационной структуры. Суть метода заключается в следующем: сначала записывается код старшей группировки 1- го уровня, затем 2-го и т.д. В результате получается комбинация, каждый разряд которой содержит информацию о специфике выделенной группы на каждом уровне иерархической структуры.

-параллельное кодирование используется для фасетной системы классификации. Суть метода заключается в следующем: все фасеты кодируются независимо друг от друга, для каждого фасета выделяется определенное количество разрядов кода.

3.2Регистрационное кодирование:

Используется для однозначной идентификации объектов и не требуют предварительной классификации объектов.

-порядковое кодирование предполагает последовательную нумерацию объектов числами натурального ряда. Этот порядок может быть случайным или определяться после предварительного упорядочивания объектов.

-серийно-порядковое кодирование предусматривает предварительное выделение групп объектов, которые составляют серию, а затем в каждой серии производится порядковая нумерация объектов. Каждая серия будет иметь порядковую нумерацию.

3.3Кодирование числовой информации. Кодирование целых и действительных чисел

Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто - необходимо взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока частное не будет равно единице. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним частным, и образует двоичный аналог десятичного числа.

Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). 16 бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65535, а 24 – уже более 16,5 миллионов различных значений.

3.4 КОДИРОВАНИЕ ТЕКСТОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Соответствие между символом и его цифровым кодом называется таблицей кодировки. Существует множество таблиц кодировки букв национальных алфавитов, например кириллицы. В современных информационных системах часто используют двухбайтовую таблицу Unicode, в которой каждый символ кодируется двумя байтами, что позволяет кодировать 216=65536 символов. Такая таблица разработана одна и содержит символы всех национальных алфавитов и множество специальных символов.

В традиционных кодировках для кодирования одного символа используется 8 бит. Легко подсчитать по формуле 2.3, что такой 8-разрядный код позволяет закодировать 256 различных символов.

Присвоение символу определенного числового кода – это вопрос соглашения. В качестве международного стандарта принята кодовая таблица ASCII (American Standard Code for Information

Interchange), кодирующая первую половину символов с числовыми кодами от 0 до 127 (коды от 0 до 32 отведены не символам, а функциональным клавишам).

Национальные стандарты кодировочных таблиц включают международную часть кодовой таблицы без изменений, а во второй половине содержат коды национальных алфавитов, символы псевдографики и некоторые математические знаки. К сожалению, в настоящее время существуют пять различных кодировок кириллицы (КОИ8-Р, Windows. MS-DOS, Macintosh и ISO), что вызывает дополнительные трудности при работе с русскоязычными документами.

В конце 90-ых годов появился новый международный стандарт Unicode, который отводит под один символ не один байт, а два, и поэтому с его помощью можно закодировать не 256, а 65536 различных символов. Полная спецификация стандарта Unicode включает в себя все существующие,

6

вымершие и искусственно созданные алфавиты мира, а также множество математических, музыкальных, химических и прочих символов.

3.5Кодирование графической информации

Компьютерная графика позволяет создавать и редактировать рисунки, схемы, чертежи, преобразовывать изображения (фотографии, слайды и т.д.), представлять статистические данные в форме деловой графики, создавать анимационные модели (научные, игровые и т.д.), обрабатывать «живое видео».

В процессе кодирования изображения производится его пространственная дискретизация. Пространственную дискретизацию изображения можно сравнить с построением изображения из мозаики (большого количества маленьких разноцветных стекол). Изображение разбивается на отдельные маленькие фрагменты (точки), причем каждому элементу присваивается значение его цвета, т.е. код цвета (красный, зеленый, синий и т.д.). Качество кодирования изображения зависит от двух параметров. Во-первых, качество кодирования изображения тем выше, чем меньше размер точки и соответственно большее количество точек составляет изображение.

Во-вторых, чем большее количество цветов, т.е. большее количество возможных состояний точки изображения, используется, тем более качественно кодируется изображение (каждая точка несет большее количество информации). Совокупность используемого набора цветов образует палитру цветов.

Графическая информация на экране монитора представляется в виде растрового изображения, которое формируется из определенного количества строк, которые, в свою очередь, содержат определенное количество точек (пикселей).

Поскольку линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных. Общепринятым на сегодняшний день считается представление чёрно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и, таким образом, для кодирования яркости любой точки обычно достаточно восьмиразрядного двоичного числа.

Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основные цвета: красный (Red), зелёный (Green) и синий (Blue). На практике считается, что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить механического смешения этих трёх цветов. Такая система кодирования получила название RGB по первым буквам основных цветов.

Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color).

Каждому из основных цветов можно поставить в соответствие дополнительный цвет, т.е. цвет, дополняющий основной цвет до белого. Нетрудно заметить, что для любого из основных цветов дополнительным будет цвет, образованный суммой пары остальных основных цветов. Соответственно дополнительными цветами являются: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и жёлтый (Yellow). Принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие компоненты можно применять не только для основных цветов, но и для дополнительных, т.е. любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и жёлтой составляющей. Такой метод кодирования цвета принят в полиграфии, но в полиграфии используется ещё и четвёртая краска – чёрная (Black). Поэтому данная система кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK (чёрный цвет обозначается буквой К, потому, что буква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим также называется полноцветным.

Если уменьшить количество двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета каждой точки, то можно сократить объём данных, но при этом диапазон кодируемых цветов заметно сокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами называется режимом

High Color.

При кодировании информации о цвете с помощью восьми бит данных можно передать только 256 оттенков. Такой метод кодирования цвета называется индексным.

Качество изображения определяется разрешающей способностью монитора, т.е. количеством точек, из которых оно складывается. и глубиной цвета. Цветные изображения формируются в соответствии с двоичным кодом цвета каждой точки, хранящимся в видеопамяти. Цветные изображения могут иметь

7

различную глубину цвета, которая задается используемым количеством бит для кодирования цвета точки. Наиболее распространенными значениями глубины цвета являются 4, 8, 16 или 24 бита на точку.

Каждый цвет можно рассматривать как возможное состояние точки, тогда количество цветов, отображаемых на экране монитора, может быть вычислено по формуле (2.1): N = гI

Глубина цвета и количество отображаемых цветов

Глубина цвета (I)

Количество отображаемых цветов (N)

 

 

4

24=16

 

 

8

28 = 256

 

 

16 (Hiqh Color)

2= 65 536

 

 

24 (True Color)

224= 16777216

 

 

Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Такая цветовая модель называется RGB моделью, по 11111111)

Графические изображения, хранящиеся в аналоговой (непрерывной) форме на бумаге, фото- и кинопленке, могут быть преобразованы в цифровой компьютерный формат путем пространственной дискретизации. Это реализуется путем сканирования, результатом которого является растровое изображение. Растровое изображение состоит из отдельных точек (пикселей - англ. pixel образовано от словосочетания picture element, что означает элемент изображения), каждая из которых может иметь свой цвет.

Качество растрового изображения определяется его разрешением (количеством точек по вертикали и по горизонтали) и используемой палитрой цветов (16, 256, 65536 цветов и более). Из формулы 2.2 можно определить какое количество бит информации необходимо выделить для хранения цвета точки (глубину цвета) для каждой палитры цветов.

В современных компьютерах используются различные графические режимы экрана монитора, каждый из которых характеризуется разрешающей способностью и глубиной цвета. Для реализации каждого графического режима требуется определенный объем видеопамяти компьютера.

Пример Определить объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации графического режима монитора High Color с разрешающей способностью 1024 768 точек и палитрой из

65536 цветов.

Глубина цвета составляет: I = log265 536 = 16 бит Количество точек изображения равно: 1024 768 = 786 432

Требуемый объем видеопамяти равен: 16 бит 786 432 = 12 582 912 бит 1,2 Мбайта Важнейшими характеристиками монитора являются размеры его экрана, которые задаются

величиной его диагонали в дюймах (15”, 17”, 21” и т.д.) и размером точки экрана (0,25 мм или 0,28 мм), а разрешающая способность экрана монитора задается количеством точек по вертикали и горизонтали (640 480, 800 600 и т.д.). Следовательно, для каждого монитора существует физически максимально возможная разрешающая способность экрана.

К СЕМИНАРУ. Пример . Определить максимально возможную разрешающую способность экрана для монитора с диагональю 15” и размером точки экрана 0,28 мм.

Выразим размер диагонали в сантиметрах: 2,54 см 15 = 38,1 см Определим соотношение между высотой и шириной экрана для режима 1024 768 точек: 768 :

1024 = 0,75 . Определим ширину экрана. Пусть ширина экрана равна L, тогда высота равна 0,75L. По

теореме Пифагора имеем: L2 + (0,75L)2 = 38,12

 

1,5625L2 = 1451,61

L2 929

L 30,5 см

Количество точек по ширине экрана равно: 305 мм : 0,28 мм = 1089 Максимально возможным разрешением экрана монитора является 1024 768.

3.6 Двоичное кодирование звуковой информации

В аналоговой форме звук представляет собой волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. При преобразовании звука в цифровую дискретную форму производится временная дискретизация, при которой в определенные моменты времени амплитуда звуковой волны измеряется и квантуется, т.е. ей присваивается определенное значение из некоторого фиксированного набора. Данный метод называется еще импульсно-кодовой модуляцией PCM (Pulse Code Modulation).

8

Преобразование непрерывной звуковой волны в последовательность звуковых импульсов различной амплитуды производится с помощью аналого-цифрового преобразователя размещенного на звуковой плате. Современные 16-битные звуковые карты обеспечивают возможность кодирования 65536 различных уровней громкости или 16-битную глубину кодирования звука. Качество кодирования звука зависит и от частоты дискретизации — количества измерений уровня сигнала в единицу времени. Эта величина может принимать значения от 8 до 48 кГц.

Пример 2.54. Оцените информационный объем высокачественного стереоаудиофайла длительностью звучания 1 минута, если "глубина" кодирования 16 бит, а частота дискретизации 48 кГц.

Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен: 16 бит 48 000 2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт

Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен: 187,5 Кбайт/с 60 с 11 Мбайт

Записанные звуковые файлы можно редактировать, т.е. вырезать, копировать и вставлять фрагменты файла. Кроме того, можно увеличивать или уменьшать громкость, применять различные звуковые эффекты (эхо, уменьшение или увеличение скорости воспроизведения, воспроизведение в обратном направлении и др.), а также накладывать файлы друг на друга (микшировать). Можно также изменять качество звука путем уменьшения или увеличения глубины кодирования и частоты дискретизации. Для редактирования звуковых файлов применяются специальные программы – звуковые редакторы.

5.История развития вычислительной техники

1.1История создания ВТ.

В1642 г. Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий выполнять четыре арифметических действия.

Впервые состав и назначение функциональных средств автоматической вычислителной машины определил английский математик Чарльз Бэббидж (1792 – 1871). В 1833 был создан первый многоцелевой компьютер, названный “аналитической машиной”. Она могла оперировать с 50 десятичными знаками и сохраняла до 1000 чисел. Бэббидж предложил не только идею программного управления процессом вычислений, но и использование перфокарт для ввода и вывода данных.

Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий ученый Конрад Цузе. Работы им начаты в 1933 г., а через три года построена модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, а в качестве элементной базы - реле.

Первым электронным компьютером можно назвать систему, созданную в 1942 году Джоном Атанасовым. В этом устройстве в качестве переключателей использовались вакуумные лампы.

В1943 г. американец Говард Айкен с помощью работ Бэббиджа на основе электромеханических реле, смог построить на одном из предприятий фирмы IBM машину под названием “Марк – 1” – первый программно-управляемый компьютер.

В1943 г. под руководством Джона Мошли и Преспера Экерта были начаты работы по созданию первой электронной машины ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) на основе электронных ламп, выполнявшая 300 оп/с.

В1945 г. математик Джон фон Нейман в одном из своих докладов сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств. А именно компьютер должен иметь:

Арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

Запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

Внешние устройства для ввода-вывода информации.

Он также выдвинул идею о том, что программы можно изменять, не меняя аппаратного обеспечения. Первая российская ЭВМ - МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) была создана в 1951 г. под руководством С. А. Лебедева. Она была одной из первых в мире и первой на европейском континенте ЭВМ с хранимой в памяти программой.

9

a.История развития ВТ.

Первое поколение. К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла. Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду. Для ввода-вывода

использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.

Второе поколение. Второе поколение компьютерной техники — машины, сконструированные примерно в 1955—65 гг. Характеризуются использованием в них как электронных ламп, так и

дискретных транзисторных логических элементов. Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках. В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования вводавывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами,

магнитные барабаны и первые магнитные диски.

Быстродействие — до сотен тысяч операций в секунду, ёмкость памяти — до нескольких десятков тысяч слов.

Третье поколение. Машины третьего поколения созданы примерно после 60-x годов. Поскольку процесс создания компьютерной техники шел непрерывно, и в нём участвовало множество людей из разных стран, имеющих дело с решением различных проблем, трудно и бесполезно пытаться установить, когда "поколение" начиналось и заканчивалось. Возможно, наиболее важным критерием различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры.

Машины третьего поколения — это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

Примеры машин третьего поколения — семейства IBM—360, IBM—370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.

Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

Четвёртое поколение — это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после

1970 года.

Наиболее важный в концептуальном отношении критерий, по которому эти компьютеры можно отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что машины четвёртого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.

В аппаратурном отношении для них характерно широкое использование интегральных схем в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой ёмкостью в десятки мегабайт.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, ёмкость оперативной памяти порядка 1 — 64 Мбайт.

Для них характерны:

применение персональных компьютеров;телекоммуникационная обработка данных;компьютерные сети;широкое применение систем управления базами данных;

элементы интеллектуального поведения систем обработки данных и устройств.

10