Компьютер как исполнитель команд

Компьютер (от англ. computer) – это программируемое электронное устройство, предназначенное для накопления, обработки и передачи информации.

В основе любого компьютера лежит тактовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютерной системы. Управление компьютером сводится к управлению распределением сигналов между устройствами. Такое управление производится автоматически, с помощью программного управления.

Программный принцип работы компьютера

Главной особенностью конструкции компьютера является программный принцип работы. Принцип программы, хранимой в памяти компьютера, считается важнейшей идеей современной компьютерной архитектуры. Суть идеи заключается в том, что

1) программа вычислений вводится в память ЭВМ и хранится в ней наравне с исходными числами;

2) команды, составляющие программу, представлены в числовом коде по форме ничем не отличающемся от чисел.

В основу работы компьютеров положен программный принцип управления, состоящий в том, что компьютер выполняет действия по заранее заданной программе. Этот принцип обеспечивает универсальность использования компьютера: в определенный момент времени решается задача соответственно выбранной программе. После ее завершения в память загружается другая программа и т.д.

Программа - это запись алгоритма решения задачи в виде последовательности команд или операторов языка, который понимает компьютер. Конечной целью любой компьютерной программы является управление аппаратными средствами.

Для нормального решения задач на компьютере нужно, чтобы программа была отлажена, не требовала доработок и имела соответствующую документацию. Поэтому, относительно работы на компьютере часто используют термин программное обеспечение (software), под которым понимают совокупность программ, процедур и правил, а также документации, касающихся функционирования системы обработки данных. Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и взаимодействии. Состав программного обеспечения вычислительной системы называется программной конфигурацией .

Общие принципы работы компьютера сформулированы учёными Ч. Бэббиджем и Дж. Фон Нейманом. Согласно этим принципам, любой компьютер образуют 3 основных компонента.

ПРОЦЕССОР

Арифметико – логическое устройство

Устройство управления

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

Устройства ввода и вывода информации

1) Классификация по назначению

Классификация по назначению связана с тем, как компьютер применяется. По этому принципу различают:

• большие ЭВМ
• мини – ЭВМ
• микро – ЭВМ
• ПК

Большие ЭВМ

Это самые мощные компьютеры, которые применяются для обслуживания очень крупных организаций и целых отраслей народного хозяйства. Штат обслуживания больших ЭВМ достигает нескольких десятков человек. На базе таких ЭВМ создают вычислительные центры (ВЦ).

Структура ВЦ

Мини - ЭВМ

От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами, меньшей производительностью и стоимостью. Мини – ЭВМ используются крупными предприятиями, научными учреждениями, ВУЗами. Мини – ЭВМ применяются для управления производственными процессами (например, в механическом цехе компьютер может поддерживать ритмичность подачи заготовок, узлов и комплектующих на рабочее место).

Мини - ЭВМ, 10.2 inch одноместный сенсорного экрана.

Микро - ЭВМ

Микро – ЭВМ используются на предприятиях, в крупных ВЦ для выполнения вспомогательных операций.

ПК

ПК – компьютер, предназначенный для обслуживания одного рабочего места. Как правило, с ПК работает один человек. ПК используются в учебном процессе, для организации надомной трудовой деятельности и много другого. Категории ПК (по международным стандартам):

• массовый ПК (consumer PC)
• деловой ПК (Office PC)
• портативный ПК (Mobile PC)
• рабочая станция (Workstation PC)
• развлекательный ПК (Entertainment PC)

Echo III - мощный игровой мини-ПК.

2) Классификация по уровню специализации

• универсальные. На их базе можно собирать вычислительные системы произвольного состава (конфигурации). Например, один и тот же компьютер можно использовать для работы с текстом, графикой, музыкой и т.п.
• специализированные компьютеры предназначены для решения конкретных задач (например, бортовые компьютеры самолётов, кораблей, машин и др.)

3) Классификация по совместимости

Существует множество различных видов и типов компьютеров. Они выпускаются различными производителями, собираются из разных деталей, работают с разными программами. Поэтому совместимость различных компьютеров между собой – очень важный вопрос, связанный с взаимозаменяемостью узлов и приборов; возможностью переноса программ с одного компьютера на другой и возможностью совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными. Виды совместимости:

• аппаратная совместимость;
• совместимость на уровне операционных систем;
• программная совместимость;
• совместимость на уровне данных.

Причины популярности ПК

• невысокая стоимость;
• простота использования, обеспеченная диалоговым и интерактивным взаимодействием с программами, их удобным интерфейсом (меню, пиктограммы и т.п.);
• персональность, т.е. возможность взаимодействия без посредников и ограничений;
• высокие возможности по обработке информации;
• возможность и простота ремонта;
• возможности расширения и адаптации к особенностям применения компьютеров, когда один и тот же компьютер может быть оснащён различными периферийными устройствами и разным ПО;
• наличие программного обеспечения, охватывающего почти все сферы человеческой деятельности;
• наличие систем для разработки новых программ.

Чарльз Беббидж

Английский математик.

(1791–1871).

Открыл и обосновал почти все основные принципы

архитектуры современных

компьютеров.

Пытался реализовать

(в течение 70 лет, после его смерти работу продолжил его сын) такую машину (названную им аналитической) на базе

механических устройств. Основоположник

программирования.

3

Аналитическая машина Бэббиджа(19в)

1830-1846 гг. Чарльз Беббидж разрабатывает проект Аналитической машины - механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (!). Машина состоит из пяти устройств - арифметического устройства (АУ), запоминающего устройства (ЗУ), устройства управления (УУ), ввода и вывода (все как в первых ЭВМ, появившихся 100 лет спустя). АУ строилось на основе зубчатых колес Для ввода программы и данных использовались перфокарты . Предполагаемая скорость вычислений: сложение и вычитание за 1 сек, умножение и деление - за 1 мин.

По сохранившимся описаниям и чертежам энтузиасты из Лондонского музея науки построили эту машину и она состояла из 4 тыс. стальных деталей и весила 3 тонны

Первый станок с числовым программным управлением – ткацкий станок Жаккара (1804 г.)

В 1801 году француз Жозеф-Мари Жаккар сконструировал ткацкий станок, который является первым станком с числовым программным управлением.

Перфокарты – маленькие кусочки картона с пробитыми в них отверстиями – вставлялись в станок, который считывал закодированный этими отверстиями узор и переплетал нити ткани в соответствии с ним.

Такая ткань называется с тех пор жаккардовой.

Этот станок приводился в действие водяным колесом; он на 140 лет старше первого компьютера.

3

Перфокарта

Ада Байрон, леди Лавлейс, дочь поэта Байрона, первая женщина-программист (1815–1852 гг.)

Сотрудница Беббиджа. Заложила вместе с ним основы программирования.

Автор первой работы по программированию.

Единственная работа Ады Лавлейс, С ней она вошла в историю науки

3