Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Топ:
Теоретическая значимость работы: Описание теоретической значимости (ценности) результатов исследования должно присутствовать во введении...
Устройство и оснащение процедурного кабинета: Решающая роль в обеспечении правильного лечения пациентов отводится процедурной медсестре...
Интересное:
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории...
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Дисциплины:
2017-10-16 | 642 |
5.00
из
|
Заказать работу |
Исторически первыми возникли и стали развиваться средства, предназначенные для выполнения вычислительных работ. Известно, что уже древние греки и римляне использовали для вычислений счетное устройство абак, представляющее собой глиняную пластину с желобами, в которые раскладывались камни. При счете камешки передвигались по желобам, которые определяли разряды чисел. Появление абака относят к четвертому тысячелетию до нашей эры. Местом появления считается Азия. Развитие подобных средств вычислений привело, например, к появлению в России в XVI-XVII веках намного более передового изобретения, не утратившего актуальность и поныне - русским счетам. Однако подобные устройства можно лишь условно отнести к средствам автоматизации вычислений, так как они не обладали свойством автоматического выполнения вычислений, и поэтому производительность вычислений была низкой и в значительной степени зависела от способностей человека.
Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на базе механических часов. В 1623 году его разработал немецкий ученый Вильгельм Шиккард, назвавший устройство "суммирующими часами". В 1642 году французский механик Блез Паскаль разработал более компактное суммирующее устройство, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускающимся серийно. В 1673 году немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц создал механический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления путем многократного повторения операций сложения и вычитания.
Идея автоматического управления механическими устройствами в соответствии с алгоритмом управления, зафиксированном на перфорированной бумажной ленте, впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке Жаккарда. Это послужило толчком к возникновению и развитию идеи программного управления вычислительными операциями.
Впервые идея программирования вычислительных операций была предложена английским ученым Чарльзом Бэббиджем, разработавшим принципы построения универсальной программируемой Аналитической машины, и реализовавшим её в механическом виде. Идею использования перфорированных карт для программирования вычислительных операций в 1843 году подала Ч.Бэббиджу графиня Огаста Ада Лавлейс дочь известного поэта лорда Байрона. Леди Аду считают в связи с этим первым в мире программистом, а её именем назван один из современных языков программирования (язык программирования АДА). Особенностью Аналитической машины стало еще и то, что в ней впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные.
С конца 30-ых годов ХХ века, началось стремительное развитие средств автоматизации вычислений, связанное с тем, что при разработке вычислительных машин стали широко использовать электронные устройства. В начале 50-ых годов уже сформировалось промышленное производство электронных вычислительных машин (компьютеров), которые стали широко использоваться в различных сферах человеческой деятельности для работы с информацией.
Компьютер как универсальное средство для работы с информацией
Компьютер является универсальным средством для работы с информацией, так как позволяет хранить и обрабатывать информацию любой природы, предварительно преобразованную в двоичные коды.
Классические принципы построения и работы современного компьютера сформулировал в 40-ых годах 20-го века американский математик Джон фон Нейман. Согласно этим принципам в самом общем виде структура и функционирование компьютера выглядит следующим образом (Рис. 13).
Рис. 13. Структурно-функциональная организация компьютера
Память компьютера
Память является важнейшим структурным элементом компьютера. Она предназначена для запоминания и хранения двоичных данных. Информация на этапе ввода данных воспринимается от источника информации, преобразуется в двоичные коды и помещается в память компьютера. Память состоит из так называемых ячеек памяти, предназначенных для хранения двоичных кодов. Каждая ячейка памяти состоит из разрядов, способных находиться в одном из двух различных состояний, одно из которых ассоциируют с двоичной цифрой 0, а другое – 1. Количество разрядов в ячейках памяти конечно. Чем больше разрядов в ячейке, тем больше различных двоичных кодов (данных) в ней может храниться. Если ячейка состоит из N разрядов, то в ней может быть сохранен любой из 2N различных двоичных кодов. Чем N больше, тем больше различной информации может быть представлено в одной ячейке памяти. Например, если N=8, то в ячейке памяти может быть сохранен один из 28=25610 двоичных кодов в диапазоне от 000000002¸111111112. Для хранения значений, превышающих 111111112 или 25510, потребуется уже не менее двух ячеек памяти.
Количество ячеек в памяти компьютера также конечно. Чем больше ячеек включает в себя память, тем большим объемом памяти располагает компьютер и тем больше информации может быть помещено в память.
Для того чтобы помещать информацию (данные) в ячейку или брать ее из ячейки, необходимо эту ячейку указывать (адресовать). Самый простой способ адресации ячеек - это упорядочить их, определив им порядковый номер от 0 до M=2N-1, где N - количество разрядов в ячейке памяти. Тогда структура памяти компьютера может быть представлена следующим образом:
… | |||||
1 | … | ||||
… | |||||
... | |||||
… | |||||
… | |||||
М | … |
Рис. 14. Структура памяти компьютера
Главной характеристикой памяти является её объем. Различают понятия объема памяти и объема данных. Объем памяти характеризует её потенциальную способность сохранять в себе определенное максимальное количество данных. Объем же данных – это то количество памяти, которое необходимо для их сохранения в компьютере. Поэтому объем памяти и объемы данных указывают в одних и тех же единицах измерения.
Так как вся информация в памяти компьютера хранится в виде двоичных кодов, то для определения объемов памяти и данных используются единицы измерения информации, представляющие собой совокупности (группы) двоичных разрядов.
Минимальная память состоит из одного двоичного разряда, её объем принят за минимальную единицу измерения памяти, называемую - бит. Более крупные единицы измерения объемов памяти принято представлять группами двоичных разрядов кратными 8. Например, следующей за битом единицей измерения объема памяти является байт, представляющий собой группу из 8 двоичных разрядов. Это означает, что 1 байт = 8 бит. Другие, используемые в настоящее время, более крупные единицы измерения объемов памяти и данных в компьютере приведены ниже в таблице.
Единицы измерения объемов памяти и данных в компьютере
Количество двоичных разрядов в группе | 8*1024 | 8*10242 | 8*10243 | 8*10244 | ||
Наименование единицы измерения | Бит | Байт | Кило-байт (Кбайт) | Мега-байт (Мбайт) | Гига-байт (Гбайт) | Тера-байт (Тбайт) |
Программное управление
Согласно принципам фон Неймана в память компьютера заносятся и данные фактографической информации, и данные процедурной информации – алгоритмы. Алгоритмы, находящиеся в памяти, должны выполняться компьютером автоматически. Компьютер способен выполнять только вполне определенный, заранее заданный и ограниченный набор действий над двоичными кодами (воспринимать данные от источника информации и заносить их в память, перемещать данные из одних ячеек памяти в другие, отображать данные из ячеек памяти в приемник информации, выполнять арифметико-логические операции над данными, хранящимися в памяти). Эти действия принято называть командами компьютера, а заданный набор действий - системой команд компьютера. Каждой команде компьютера ставится в соответствие определенный двоичный код. Потому внешне команды компьютера ничем не отличаются от обычных данных. Чтобы некоторый алгоритм, представленный в том или ином виде, ввести в память компьютера, его действия должны быть выражены командами компьютера. Алгоритм, представленный в виде упорядоченного множества команд компьютера, называется программой. Двоичные коды, используемые для кодирования команд управления, называют программными кодами. Использование программ для управления компьютером с целью реализации алгоритмов называют программным управлением.
Для реализации команд компьютер располагает устройством управления, способным извлекать команды из памяти, анализировать и управлять устройствами компьютера для их выполнения. Программа, таким образом, представляет собой последовательность команд, которые в определенном порядке, заданном в алгоритме, используются устройством управления для реализации их выполнения.
Команда программы - это элементарная инструкция, выполняемая компьютером автоматически с помощью устройства управления и арифметико-логического устройства.
В общем случае команда указывает, какую операцию и над какими данными необходимо выполнить и куда поместить результат операции. Поэтому командная инструкция может иметь следующий формат:
КОП | А1 | А2 | А3 |
где КОП - код операции; А1и А2 - адреса ячеек памяти с данными, над которыми должна бать выполнена операция; А3 - адрес ячейки памяти, куда помещается результат выполнения операции.
В зависимости от количества разрядов в ячейке памяти и выбранной системы кодирования командная инструкция может занимать в памяти некоторое количество последовательных ячеек, в каждой из которых располагается определенная часть инструкции. Например, если код операции и адреса занимают по одной ячейки, то для команды сложения чисел потребуется четыре ячейки памяти:
СЛ |
Все машинные команды можно разделить на группы по видам выполняемых операций:
· операции пересылки данных из одной ячейки памяти в другую;
· арифметические операции над данными;
· логические операции над данными;
· операции присвоения и ввода-вывода данных (обращение к внешним устройствам);
· операции передачи управления, которые служат для изменения естественного порядка выполнения команд.
Команды в программе упорядочены и выполняются последовательно одна за другой. Последовательный порядок выполнения команд может быть изменен специальными командами, реализующими операции перехода к следующей команде по указанному адресу.
Процессор
Если команда предполагает реализацию арифметической или логической операции над данными, то устройство управления запускает для её выполнения специальное арифметико-логическое устройство. Устройство управления и арифметико-логическое устройство зачастую рассматривают как единый функциональный блок, предназначенный для выполнения команд, называемый процессором. Электронный блок современных компьютеров, реализующий функции процессора, благодаря своим малым размерам принято называть микропроцессором.
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!