Кафедра вищої математики та інформаційних технологій

ЗАТВЕРДЖУЮ

Начальник кафедри

ВМ та ІТ

к.ф-м.н., доц.,

полковник с.ц.з.

_______ І.П. Частоколенко

“___”______2013р.

Навчальна дисципліна: Інформатика та комп’ютерна техніка

1-й курс (стаціонар, курсанти).

ЛЕКЦІЯ

Тема № 1.1. Апаратні та програмні засоби обробки даних.

Час: 16, з них 4 години лекцій, 8 годин практичних занять, 4 години самостійної роботи

Тема лекції: № 1 Апаратні та програмні засоби персональних комп’ютерів.

Навчальна мета: Розглянути теоретичний матеріал у відповідності з темою лекції.

Виховна мета: Переконання в необхідності вивчення матеріалу лекції для майбутньої професійної діяльності, формування матеріалістичного світогляду, виховання культури та дисципліни мислення.

Матеріально-методичне забезпечення: Дошка, крейда.

Розробив:

викладач

кафедри ВМ та ІТ А.П. Марченко

Лекція обговорена та схвалена на засіданні кафедри

Протокол №____від “__”_____________2013р.

Лекція 1. Апаратні та програмні засоби персональних комп’ютерів

1. Поняття та класифікація пк

До першого покоління відносять електронні цифрові обчислювальні машини, що будувалися на радіолампах. Першою такою машиною довгий час вважалася ЕОМ за назвою ENIAC. Вона побудована в США у військові роки під керівництвом Д. Маучлі і Д. Еккерта і почала працювати в 1946р. ENIAC містила 1800 електронних ламп і 1500 реле. У 1975 р. у Великобританії були розсекречені дані військового відомства, з яких випливає, що перша ЕЦОМ “КОЛОС” побудована британцями в 1943р. У СРСР перша лампова ЕОМ побудована в 1951р. під керівництвом академіка С. А. Лебедєва в одному з інститутів АН України в Києві. Це було видатне досягнення того часу: група з 26 чоловік вирішила швидше складну технічну проблему, чим це зробили американці, причому в них працювало 200 інженерів і техніків. Перша вітчизняна ЕОМ була названа МЕРМ (мала електронно-рахункова) і стала першою ЕОМ на євразійському континенті.

Друге покоління ЕОМ зв'язане з винаходом транзистора. Машини на цій елементній базі будувалися із середини 1950-х до 1970-х років. Крім транзисторів, іншою характеристикою машин цього класу була поява перших алгоритмічних мов програмування (АЛГОЛ у 1958р.). До цього програмування здійснювалося в машинних кодах.

Третє покоління ЕОМ будувалося на інтегральних схемах, що почала випускати електронна промисловість США в 1950-х роках. Інші особливості 3-го покоління – наявність могутніх операційних систем для ЕОМ і цілого сімейства мов програмування високого рівня.

Особливості машин четвертого покоління:

• сверхмініатюризація інтегральних схем і зменшення габаритів до настільних і переносних моделей;

• дружній інтерфейс, що дозволяє вести діалог з користувачем.

До машин четвертого покоління відносяться персональні ЕОМ.

Обчислювальні засоби п'ятого покоління ще не складають цілісних систем. Ці засоби реалізують в одиничних екземплярах окремі ідеї проектів, що називаються “Обчислювальна машина п'ятого покоління”. Уперше такий проект був розроблений у Японії на початку 80-их років, а в даний час свої проекти машин п'ятого покоління запропоновані в Європі і США. Особливості майбутніх машин п'ятого покоління:

• сприйняття, обробка і представлення інформації у формі образів;

• поглиблення дружності інтерфейсу з людиною;

• моделювання і реалізація інтелектуальних можливостей людини з метою забезпечити рішення задач, що дотепер були прерогативою людей.

Проекти комп'ютерів п'ятого покоління базуються на дослідженнях наукового напрямку “Штучний інтелект”.

Класифікація обчислювальних машин неоднозначна і багатокритеріальна через велику кількість об'єктів класифікації і їхніх сукупностей.

Критерій класифікації – форма даних (сигналів), які можуть обробляти обчислювальні машини.

За цим критерієм ЕОМ поділяються на три класи:

• машини безупинної дії чи аналогові (АОМ);

• машини дискретної дії (ЦОМ);

• гібридні обчислювальні машини (ГОМ)

В АОМ дані представляються заміною математичних величин деякими фізичними величинами (струм, напруга). У ЦОМ безупинна зміна аргументів представляється у виді послідовності числових значень. У ГОМ використовується комбінація цифрових і аналогових вузлів, що дозволяє використовувати переваги АОМ і ЦОМ в одній машині. ГОМ застосовувалися, наприклад, у космічній навігації: в американській “місячній” програмі “Аполлон” використовувалися дискретно – аналогові ЕОМ.

До переваг АОМ відноситься висока швидкодія, а до недоліків обмежена точність обчислень. Однак з розвитком і підвищенням швидкодії ЦОМ переваги аналогових машин, зв'язані зі швидкодією, зникають.

Далі розглядається класифікація тільки для ЦОМ.

Критерій класифікації – область застосування.

За цим критерієм розрізняють такі класи ЕОМ:

• загального призначення чи універсальні;

• проблемно-орієнтовані;

• спеціалізовані.

ЕОМ загального призначення мають розвинуті операційні системи для роботи з будь-якими типами даних. Вони володіють великою оперативною пам'яттю, у них маються запам'ятовуючі пристрої прямого доступу (наприклад, на магнітних дисках) для збереження великих обсягів даних. Машини загального призначення мають великий набір периферійних пристроїв, таких, як магнітні диски і стрічки, термінали вилученого доступу, набір друкувальних пристроїв. Представниками цього класу є ЕОМ ряду ЕС (ЕС1035, ЕС1036, ЕС1045 і ін.). Прототипами цих машин були ЕОМ американської компанії IBM360 і IBM370.

Проблемно – орієнтовані машини призначені для більш вузького кола задач збору даних у місці їхнього виникнення (наприклад, у цеху на виробництві). Вони також використовуються як керуючі ЕОМ на технологічних лініях. До цього класу відносяться і персональні ЕОМ, але їхні останні моделі вже мають ознаки універсальних машин.

Спеціалізовані ЕОМ створюються для реалізації конкретного алгоритму, а також для керування динамічними об'єктами. До них відносяться, наприклад, бортові обчислювальні машини сучасних повітряних і морських судів.

Критерій класифікації – розміри.

За цим критерієм ЕОМ поділяють на великі, середні, малі і мікро-ЕОМ. Машини ряду ЕС ЕОМ відносяться до великих і середніх. До класу малих машин відносяться, наприклад, ЕОМ PDP11 і їхні радянські аналоги СМ ЕОМ (тобто “система малих ЕОМ”, що включає моделі СМ1420, СМ1425 і ін.).

Терміном “мікро-ЕОМ” позначали в 1970 – 1980-х роках персональні ЕОМ.

Класифікація обчислювальних комплексів

Обчислювальні комплекси використовувалися для рішення вузького кола задач наукового характеру, у космічній навігації і т.ін. і донедавна для широкого користувача не мали практичного інтересу. Це також обумовлюється абсолютною перевагою монопроцесорних ЕОМ аж до початку 1990-х років. Але останнім часом старші моделі ПЕОМ оснащуються мікропроцесорами, що самі по собі є багатопроцесорними пристроями. Тому коротко розглянемо класифікацію багатопроцесорних і багатомашинних комплексів, що запропонована в 1966р. М. Флінном. Ця класифікація заснована на потоках даних і команд і способах обробки цих потоків у розглянутих комплексах.

1. Структура типу ОКОД (SISD Single Instruction Single Data Stream) - одиночний потік команд, одиночний потік даних. До цього класу відносяться однопроцесорні ЕОМ перших трьох поколінь.

2. Структура типу МКОД (MISD Multiple Instruction Single Data Stream) - обробка з декількома потоками команд і одиночним потоком даних, інакше конвеєрна чи магістральна обробка даних.

3. Структура типу ОКМД (SIMD Single Instruction Multiple Data Stream) з одиночним потоком команд і декількома потоками даних (матрична чи асоціативна обробка).

4. Структура типу МКМД (MIMD Multiple Instruction Multiple Data Stream) - загальний випадок багатопроцесорної обробки.