ОТО – Лекция №9
Основные представления об архитектуре компьютера
9.1. Основные этапы информатизации общества
В процессе своего развития человеческое общество прошло этапы проникновения в тайны материи, научилось управлять различными видами энергии и, наконец, вступило в эпоху информатизации (Нобелевские лауреаты по физике 2010 года – графен).
Информатизация - это система взаимосвязанных процессов:
• и н ф о р м а ц и о н н о г о, обеспечивающего представление всей социально значимой информации в форме, доступной для хранения, обработки и передачи электронными средствами;
• п о з н а в а т е л ь н о г о, направленного на формирование и сохранение целостной информационной модели мира, позволяющей обществу осуществлять регулирование своего развития на всех уровнях - от индивидуальной деятельности до функционирования общечеловеческих институтов;
• м а т е р и а л ь н о г о, формирующего глобальную инфраструктуру электронных средств хранения, обработки и передачи информации.
До середины XIX в., когда доминирующими были процессы сбора и накопления информации, средства информатизации представляли собой перо, чернильницу и бумагу. На смену примитивным средствам информационной техники в конце XIX в. пришли механические: пишущая машинка, телефон, телеграф, что послужило базой для принципиальных изменений в технологии обработки информации. Лишь спустя много лет информационные процессы запоминания и передачи информации были дополнены процессами ее обработки. Это стало возможным с появлением во второй половине XX в. такой информационной техники, как электронные вычислительные машины (ЭВМ), положившие начало информационным технологиям.
Информационные технологии базируются на следующих технических достижениях:
новые средства накопления информации на машиночитаемых носителях (магнитные ленты, кинофильмы, магнитные и лазерные диски и т. п.);
системы дистанционной передачи информации (локальные вычислительные сети, сети передачи данных, телефонная сеть, радиосвязь, спутниковая связь и др.);
автоматизированная обработка информации с помощью компьютера по заданным алгоритмам.
Естественно, что информационные технологии строятся на сочетании аппаратных средств, программных средств и творческой мысли создателей как этих средств, так и компьютерных технологий.
Специалисты называют аппаратныe средства компьютерной техники Hardware, а программное обеспечение – Software. Приоритетность роли программных или аппаратных средств в информационных технологиях не подлежит обсуждению, поскольку без программного обеспечения любой самый совершенный компьютер представляет собой набор электронных плат.
Технические средства информатизации представляют собой совокупность компьютерной техники и ее периферийных устройств - Hardware, обеспечивающих сбор, хранение и переработку информации, и коммуникационной техники (телефон, телеграф, радио, телевидение, спутниковая связь, сети ЭВМ), осуществляющей дистанционную передачу информации.
Создание электронно-вычислительных машин в середине XX в. является одним из самых выдающихся достижений в истории человечества. Постоянное развитие индустрии компьютерной техники и других технических средств информатизации за короткий срок превратилось в один из определяющих факторов научно-технического прогресса. Многие крупные научно-технические проекты современности в области космических исследований, атомной энергетики, экологии не могли бы претворяться в жизнь без применения технических средств информатизации. На протяжении последних десятилетий информационные технологии, базирующиеся на современных технических средствах информатизации, все активней вторгаются в различные сферы человеческой деятельности. Несомненна тесная взаимосвязь совершенствования программного обеспечения, технических средств информатизации и наукоемких технологий, на базе которых они производятся. Разработка нового программного обеспечения требует создания все более совершенных технических средств, что, в свою очередь, стимулирует разработку новых высокопроизводительных и экономичных технологических процессов для производства технических средств информатизации.
Информатизация современного общества влечет за собой:
увеличение числа работников, занятых в информационной сфере, а также появление новых профессий, связанных с переработкой информации;
интеллектуализацию многих видов труда и повышение требований к общеобразовательной и профессиональной подготовке специалистов на основе информационных технологий;
создание новых наукоемких технологий для производства технических средств информатизации;
другие социальные последствия.
Диапазон современных технических средств информатизации крайне широк: от компьютера с привычными периферийными устройствами до средств связи, устройств копирования и уничтожения документов. Не менее разнообразны физические принципы, положенные в основу функционирования этих устройств. Специалисты в области автоматизированных систем обработки информации и управления, а также программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем, в какой бы области они ни работали, должны не только выступать в качестве пользователей, но и быть знакомы с принципом действия, конструкцией, технологией производства, правилами эксплуатации и основами выбора технических средств информатизации.
Характерной особенностью технических средств информатизации являются постоянное развитие, совершенствование, появление новых устройств, реализующих ранее невиданные возможности. Некоторые образцы техники морально устаревают, не успев попасть на рынок.
Общие сведения об эвм и системах
На сегодняшний день существует огромное разнообразие электронных устройств под названием «компьютер», от однокристальных микропроцессоров до суперкомпьютеров. Они различаются функциональными возможностями, производительностью, размерами, областью применения, ценой.
При этом скорость развития компьютерной технологии очень высока. Прогресс затрагивает все аспекты компьютерной технологии - от производства электронных компонентов до принципов параллельной организации таких компонентов в единую систему. Однако, несмотря на огромный шаг вперед, существуют определенные достаточно консервативные принципы, которые составляют фундамент современной компьютерной науки.
Общая структура и функции эвм
Компьютер является сложной вычислительной системой, состоящей из большого числа взаимодействующих подсистем. Поэтому для описания структуры и способов функционирования используется метод ее иерархической декомпозиции. Наибольший интерес при описании уровня иерархии таких сложных систем как компьютер представляют структура и функции, составляющие этот уровень. При этом принято считать, что структура - это способ объединения компонентов уровня иерархии в единое целое, а функции представляют собой операции, выполняемые каждым компонентом при реализации функций всей подсистемы уровня иерархии.
Описание структуры можно производить
либо поднимаясь снизу вверх, начиная с описания функций компонентов самого низшего уровня иерархии (восходящий способ);
либо пытаться вычленять из общей системы относительно независимые подсистемы, выполняющие определенные функции(нисходящий способ).
Для описания декомпозиции вычислительных систем используем более понятный нисходящий способ.
Функции компьютера.
Все функции компьютера на самом верхнем уровне иерархии абстрактных уровней декомпозиции можно представить в виде
Рисунок 1. Функции компьютера на верхней ступени иерархии системы.
Обязанности компьютера связаны с обработкой, хранением и перемещением данных.
Данные, получаемые из внешнего мира, должны обрабатываться. Разнообразие методов и диапазон операций обработки может быть сведен к немногим базовым типам или методам обработки.
По мере обработки система должна иметь возможность хранить промежуточные и результирующие данные, осуществлять ввод данных из периферийных устройств и вывод данных в периферийные устройства.
Поэтому все операции, выполняемые в компьютерной системе, можно разделить на следующие:
перемещение данных без изменения их содержимого от одного абонента другому;
Рисунок 2. Тип операции в компьютере – перемещение данных от одного абонента к другому.
х
ранение
данных при записи или выдаче данных из
компьютера;
Рисунок 3. Тип операции в компьютере – хранение данных.
преобразование данных при внутреннем изменении, то есть когда данные извлекаются из хранилища и результаты помещаются туда же;
Рисунок 4. Тип операции в компьютере – преобразование данных.
обработка данных поступающих от периферийных устройств с хранением результатов обработки в компьютере.
Рисунок 5. Тип операции в компьютере – обработка данных.