Un computer este un sistem complex care include atât hardware cât și software. Pentru a studia un calculator, este recomandabil să folosiți un anumit grad de detaliu. Vom reprezenta calculatorul sub forma a trei nivele în detaliu în continuă creștere:
1. Hardware - circuite electronice, din care sunt compuse computere separate;
2. Arhitectura - compoziția, caracteristicile și interconectarea dispozitivelor computerizate (organizarea structurală a computerelor), principiul funcționării calculatorului și limbajul mașinii sale;
3. Software de calculator. Primele două nivele vor fi discutate în această prelegere, iar cea de-a treia în următoarea. Luați în considerare utilizarea acestor niveluri, modul în care computerele s-au schimbat în cei 40 de ani ai existenței lor.
Dezvoltarea hardware-ului de calculator poate fi împărțită în mai multe etape, care au propriile caracteristici. Să examinăm pe scurt aceste etape.
Prima etapă - a 55g.Za de referință era computerelor este luată 1946, atunci când operațiunea de încercare a primelor prototipuri de calculatoare. Există, de asemenea, date privind prima dintre ele: greutatea totală - 30 de tone, numărul de tuburi electronice - 18 consum de mii de putere - 150 kW (putere suficientă pentru o instalație mică), cantitatea de memorie - numere de 20 biți octombrie, executarea operațiunilor: .. Adăugarea - 0.0002 sec. multiplicare - 0.0028 sec. Numerele din computer au fost introduse cu ajutorul cardurilor de împingere și a unui set de comutatoare, iar programul a fost setat prin conectarea prizelor pe carduri speciale de setare a tipului. Performanța acestui computer gigant a fost mai mică decât calculatorul de buzunar "Electronics MK-54".
calculatoare Tube au avut mari dimensiuni și greutate, consumă multă energie și au fost foarte scumpe, ceea ce reduce dramatic numărul de utilizatori ai computerului, și, prin urmare, producția acestor mașini. Principalele utilizatorii lor sunt oameni de știință care a rezolvat problemele științifice și tehnologice cele mai presante legate de dezvoltarea avioanelor cu reacție, rachete, și așa mai departe. D. Creșterea numărului de sarcini împiedicau fiabilitate scăzută, resursele limitate si extrem de consumatoare de timp procesul de formare, punerea în funcțiune și depanarea programelor scrise în limba instrucțiunilor mașinii.
Performanța calculatorului a fost mărită prin creșterea memoriei și îmbunătățirea arhitecturii: utilizarea codurilor binare pentru a reprezenta numerele și instrucțiunile și plasarea lor în memoria sporită a computerului, simplificarea structurii procesorului și creșterea performanței procesării datelor. Pentru a accelera procesul de pregătire a programelor, au început să creeze primele limbi de automatizare a programării (limbi de codificare simbolică și coduri auto). Reprezentanții primelor computere au fost ENIAC (SUA) și MESM (URSS).
A doua etapă este de până la 65 de ani. Dezvoltarea electronicii a dus la inventarea unui nou dispozitiv semiconductor - un tranzistor, care a înlocuit lămpile. Apariția computerelor construite pe tranzistori a dus la o diminuare a dimensiunilor, a masei, a energiei și a costurilor, precum și la creșterea fiabilității și productivității acestora. Aceasta a extins imediat gama de utilizatori și, în consecință, nomenclatorul sarcinilor care trebuie rezolvate. Au început să creeze limbi algoritmice pentru sarcini tehnice, tehnice și economice.
Dar chiar și în această etapă, sarcina principală a tehnologiei de programare a fost aceea de a asigura economisirea resurselor mașinilor (timp și timp de memorie).
Pentru a rezolva aceasta, au început să creeze sisteme de operare (seturi de programe utilitare care oferă o alocare mai bună a resurselor de calculatoare atunci când se utilizează sarcini ale utilizatorilor).
A treia etapă - la 70 g performanță sporită și fiabilitatea circuitelor semiconductoare și reducerea dimensiunilor, consumul de energie și costuri realizată prin crearea de circuite integrate de tehnologie de fabricație (IC), format din zece componente electronice formate într-o placă dreptunghiulară, cu o lungime de siliciu. nu mai mult de 1 cm. O astfel de placă (cristal) este plasată într-un mic caz din plastic, a cărui dimensiune este determinată, de regulă, numai de numărul de "picioare".
Acest lucru a permis nu numai creșterea productivității și reducerea costurilor calculatoarelor mari, dar și crearea de mașini mici, simple, ieftine și fiabile - mini-computere (SM-1420 etc.). Minicomputerele au fost inițial concepute pentru a înlocui controlerele hardware (dispozitive de control) în bucla de control a unui obiect.
Organizațiile care au cumpărat mini-calculatoare pentru a crea controlorii au dat seama rapid că având o redundanță funcțională, un mini-computer poate rezolva sarcinile tradiționale de calcul pentru computerele mari. Ușurința de întreținere a mini-calculatoarelor, costurile relativ scăzute și dimensiunile mici au făcut posibilă furnizarea acestor mașini echipelor mici de cercetători, designeri experimentali și așa mai departe. și anume da direct în mâinile utilizatorilor de calculatoare. La începutul anilor 1970, termenul mini-computere a fost asociat cu două tipuri de echipamente informatice esențial diferite:
- unitate universală de procesare a datelor și emiterea de semnale de comandă, disponibile comercial pentru utilizarea în diverse sisteme specializate de monitorizare și control;
- dimensiunile mici ale unui calculator cu scop general, un utilizator orientat spre probleme pentru rezolvarea unui număr restrâns de sarcini în cadrul unui singur laborator, site-ul, etc. și anume sarcini, în soluția cărora au fost interesați 10-20 de persoane care au lucrat la o singură problemă.
Reprezentanți ai acestei generații de computere: SM-1420.
A patra etapă - de până la 78 g. Succesul în dezvoltarea electronicii a dus la crearea unor circuite integrate mari (LSI), unde într-un singur cristal au fost găzduite câteva zeci de mii de elemente electronice. Acest lucru ne-a permis să dezvoltăm computere mai ieftine care au mai multă memorie și un ciclu mai mic de execuție a comenzii: costul unui octet de memorie și o operație a mașinii au scăzut drastic. Dar, din moment ce costurile de programare nu au fost aproape reduse, sarcina de a salva resurse umane, nu de mașină, a ajuns în prim plan.
Au fost dezvoltate noi sisteme de operare, care să permită programatorilor să își depaneze programele chiar în spatele ecranului computerului și să accelereze dezvoltarea programelor. Acest lucru a contrazis complet conceptele primelor etape ale tehnologiei informației: "Procesorul efectuează numai acea parte din lucrarea de prelucrare a datelor pe care oamenii nu o pot realiza în principiu, adică un cont de masă". O tendință diferită a început să fie urmărită: "tot ce pot face mașinile este făcut de mașini, oamenii fac doar acea parte a muncii care nu poate fi automatizată".
În anul 71 a fost realizat primul microprocesor - LSI, în care procesorul unei arhitecturi simple a fost complet localizat. A devenit posibilă plasarea aproape a tuturor dispozitivelor electronice într-un singur LSI într-o arhitectură de calculator simplă, adică posibilitatea producției în serie a computerelor simple cu costuri reduse. Au existat microcalculatoare și microcontrolere ieftine - dispozitive de control construite pe unul sau mai multe LSI-uri care conțin un procesor, sisteme de memorie și comunicații cu senzori și dispozitive de acționare în obiectul de control. Programul de gestionare a obiectelor a fost introdus în memoria calculatorului fie în timpul fabricării, fie direct la întreprindere.
In anii '70 de fabricație din oțel și micro-computer - soare universal constând dintr-un procesor, memorie, circuite pentru interfațare cu dispozitive I / O și generatorul de ceas plasat într-un LSI singur (SoC PC) sau chipuri LSI câteva montate pe o singură placă ( un singur computer de bord). Imaginea din anii 60 se repetă, când primele mini-computere au selectat o parte din lucrarea de pe calculatoare mari.
Reprezentanți ai acestei generații de computere: CM-1800, "Electronics 60M".
Etapa a cincea este acum. Îmbunătățirea tehnologiei LSI permite producerea unor circuite electronice ieftine care conțin sute de mii de elemente într-un sistem de cristal cu un grad extrem de mare de integrare - VLSI.
A devenit posibil să se creeze un tabel cu dimensiuni unitate de masă a televizorului, în care a plasat circuitul de micro-calculator, tastatură și interfață cu aparat de imprimare de dimensiuni mici, aparate, alte calculatoare, etc. măsurare Datorită sistemului de operare, care asigură o ușurință în comunicarea cu acest computer, un astfel de computer personal devine accesoriu pentru orice specialist și chiar pentru un copil.
Cele mai semnificative proprietăți ale arhitecturii și ale caracteristicilor computerelor cu scop general includ:
3) software dezvoltat;
4) agregarea facilităților tehnice și a unei game largi de dispozitive externe (periferice);
5) manufacturabilitate ridicată;
6) conformitatea cu standardele internaționale răspândite.
Universitatea oferă ocazia de a rezolva problemele diferitelor clase în mod egal pentru aproape toate domeniile de activitate. Acest lucru se realizează în principal:
-un sistem universal de comandă care conține, pe lângă operațiile aritmetice binare, un set complet de operații de aritmetică zecimală cu operanzi (adică elemente de date peste care se efectuează operația);
-o structură logică universală care are hardware și software obligatorii (standard) pentru toate modelele de computere care formează o singură familie;
-balanța dispozitivelor sale în ceea ce privește viteza și fluxul de informații între ele.
Compatibilitatea se realizează prin hardware și software pentru a crea o aplicație unică și un software de sistem pentru toate modelele de computere de uz general din aceeași familie. Datorită compatibilității, sunt asigurate aceleași rezultate ale programelor și transferul de software între diferite modele de computere. Realizarea interoperabilității depline (absolut) pare a fi o sarcină foarte dificilă, astfel încât, în cele mai multe cazuri limitate la o compatibilitate parțială, și anume interoperabilitatea „bottom - up“, în care programele concepute pentru computere mai puternice (mai tineri) trebuie neapărat cu aceleași rezultate deținute pe un computer mai puternic (cel mai vechi). Transferul "de sus în jos" este limitat. Dar chiar și în acest caz, trebuie asigurată compatibilitatea pe cel puțin 4 niveluri de hardware și software: 1) sistemul de operare și pachetele sale de expansiune; 2) interfețe lingvistice; 3) sisteme de programe; 4) instrumente de utilizator.
Dezvoltarea de software orientat pe capabilități structurale și funcționale specifice ale echipamentului, care să permită rezolvarea eficientă a sarcinilor utilizatorului. Pentru computerele cu scop general, sistemul de operare a devenit o parte integrantă, care este o extensie software a hardware-ului computerului.
Principiul agregat al construcției mijloacelor tehnice. o interfață standard de intrare-ieșire care vă permite să conectați periferice diferite (PD) dintr-o gamă largă de produse; împreună cu software-ul vă permite să construiți un complex de calcul specific, cel mai potrivit pentru o aplicație dată, luând în considerare cerințele și performanța, funcționalitatea și un set de IP.
Abilitatea tehnologică ridicată oferă posibilitatea producției la scară largă și a eficienței tehnice și economice ridicate a computerelor cu destinație generală.
Respectarea standardelor face posibilă asigurarea compatibilității cu parcul mondial de computere cu scop general în ceea ce privește prezentarea informațiilor, modalitățile de asociere și organizarea schimbului de date.