Архитектура и основные компоненты персонального компьютера

• Введение
• 1. Архитектура ПК
• 1.1 Основная компоновка частей компьютера и связь между ними
• 1.2 Понятие архитектуры ЭВМ. Принципы фон Неймана
• 1.3 BIOS. Последовательность загрузки ЭВМ
• 1.4 Назначение, функции базовых программных средств, исполняемая программа
• 1.5 Виды, назначение, функции, специфика периферийных устройств
• 2. Классификация ЭВМ
• 2.1 Возможности ЭВМ и классификация ЭВМ
• 3. Поколения ЭВМ
• 3.1 История поколений ЭВМ:
• 3.2 Перспективы развития ЭВМ
• Заключение

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки информации называют вычислительной техникой. Конкретный набор, связанных между собою устройств, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является электронная вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер.

Персональные компьютеры (ПК), появившиеся чуть более десяти лет назад, быстро перестали играть роль экзотических диковинок. С ними, так или иначе, сталкивается все большее и большее количество людей, которые решают при помощи компьютеров самые разнообразные задачи — от вычислительных до чисто коммуникационных. Современный ПК интегрирует в себе функции мощного программируемого калькулятора, «интеллектуальной» пишущей машинки, захватывающей игрушки, узла связи, а в последнее время — еще и аудио — видеоцентра.

В настоящее время сосуществуют компьютеры всевозможных категорий — от суперкомпьютеров до микрокомпьютеров. Несомненно, наиболее массовыми являются среди них ПК.

Компьютер считается универсальным, если он одинаково хорошо приспособлен для решения разнообразных (разнотипных) задач.

Компьютер является однопользовательским, если за ним может работать только один человек (это, конечно, не исключает возможность работы нескольких человек попеременно).

Наконец, компьютер является микрокомпьютером, если его основу образует микропроцессор. Процессор вообще — это мозговой центр любого компьютера. Он производит все вычисления, и он же осуществляет общее управление всеми компонентами компьютера. Микропроцессором, считают миниатюрный процессор, выполненный на одном единственном полупроводниковом кристалле. Не нужно забывать об исключительной сложности микропроцессоров: наиболее совершенные из них содержат не один миллион транзисторов.

1. Архитектура ПК

1.1 Основная компоновка частей компьютера и связь между ними

При описании архитектуры компьютера определяется состав входящих в него компонент, принципы их взаимодействия, а также их функции и характеристики.

Практически все универсальные ЭВМ отражают классическую неймановскую архитектуру, представленную на схеме. Эта схема во многом характерна как для микроЭВМ, так и для мини ЭВМ и ЭВМ общего назначения.

Рассмотрим устройства подробнее.

Основная часть системной платы — микропроцессор (МП) или CPU (Central Processing Unit), он управляет работой всех узлов ПК и программой, описывающей алгоритм решаемой задачи. МП имеет сложную структуру в виде электронных логических схем. В качестве его компонент можно выделить:

A). АЛУ — арифметико-логическое устройство, предназначенное для выполнения арифметических и логических операций над данными и адресами памяти;

Б). Регистры или микропроцессорная память — сверхоперативная память, работающая со скоростью процессора, АЛУ работает именно с ними;

B). УУ — устройство управления — управление работой всех узлов МП посредством выработки и передачи другим его компонентам управляющих импульсов, поступающих от кварцевого тактового генератора, который при включении ПК начинает вибрировать с постоянной частотой (100 МГц, 200−400 МГц). Эти колебания и задают темп работы всей системной платы;

Г). СПр — система прерываний — специальный регистр, описывающий состояние МП, позволяющий прерывать работу МП в любой момент времени для немедленной обработки некоторого поступившего запроса, или постановки его в очередь; после обработки запроса СПр обеспечивает восстановление прерванного процесса;

Д). Устройство управления общей шиной — интерфейсная система.

Для расширения возможностей ПК и повышения функциональных характеристик микропроцессора дополнительно может поставляться математический сопроцессор, служащий для расширения набора команд МП. Например, математический сопроцессор IBM-совместимых ПК расширяет возможности МП для вычислений с плавающей точкой; сопроцессор в локальных сетях (LAN-процессор) расширяет функции МП в локальных сетях.

Характеристики процессора:

быстродействие (производительность, тактовая частота) — количество операций, выполняемых в секунду.

разрядность - максимальное количество разрядов двоичного числа, над которыми одновременно может выполняться машинная операция.

1.2 Понятие архитектуры ЭВМ. Принципы фон Неймана

Архитектурой ПК называется его описание на некотором общем уровне включающее описание пользовательских возможностей программирования систем команд систем адресации организации памяти. Архитектура определяет принцип действия, информационные связи взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора; оперативного ЗУ, Внешних ЗУ и периферийных устройств.

Классические принципы построения архитектуры ЭВМ были предложены в 1946 году и известны как принципы фон Неймана" .

Они таковы:

Использование двоичной системы представления данных

Авторы убедительно продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций. ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации — текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных по-прежнему составляет информационную основу любого современного компьютера.

Принцип хранимой программы Нейман первым догадался, что программа может также храниться в виде нулей и единиц, причем в той же самой памяти, что и обрабатываемые ею числа. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатами вычислений. Устройство управления (УУ) и арифметико-логическое устройство (АЛУ) в современных компьютерах объединены в один блок — процессор, являющийся преобразователем информации, поступающей из памяти и внешних устройств.

Память (ЗУ) хранит информацию (данные) и программы. Запоминающее устройство у современных компьютеров «многоярусно» и включает оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и внешние запоминающие устройства (ВЗУ).

ОЗУ — это устройство, хранящее ту информацию, с которой компьютер работает непосредственно в данное время (исполняемая программа, часть необходимых для нее данных, некоторые управляющие программы).

ВЗУ — устройства гораздо большей емкости, чем ОЗУ, но существенно более медленны.

Принцип последовательного выполнения операций:

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.

Принцип произвольного доступа к ячейкам оперативной памяти Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

BIOS — базовая система ввода-вывода, хранящаяся в ПЗУ и предназначенная для выполнения базовых аппаратных функций с учетом особенностей аппаратной части конкретной ПЭВМ. Этим обеспечивается независимость операционной системы и прикладных программ от особенностей ПЭВМ, на которой они функционируют.

1.3 BIOS. Последовательность загрузки ЭВМ

BIOS включает в себя программную поддержку стандартных ресурсов ПЭВМ и обеспечивает диагностику аппаратных средств, их конфигурирование и вызов загрузчика операционной системы. Обычно BIOS привязан к конкретному типу системной платы.

В последнее время BIOS чаще всего хранят во Flash памяти, допускающей перезапись содержимого. Это позволяет обновлять версии BIOS, однако, оборотной стороной этого является возможность вывода ПЭВМ из строя из-за порчи BIOS при неправильной его перезаписи или под воздействием вирусов.

Для обновления BIOS новые версии следует получать непосредственно от изготовителей системной платы или с сайтов, хранящих такие версии. Собственно производители BIOS (фирмы AMI, Award, Phoenix) под конкретные платы их не настраивают: Этой настройкой (доработкой) базовых версий BIOS и занимаются изготовители системных плат.

Функции BIOS разделяются на следующие группы:

Инициализация и тестирование аппаратных средств по включении питания — POST (Power On Self Test)

Настройка и конфигурирование аппаратных средств и системных ресурсовBIOS Setup

Загрузка операционной системы с дисковых носителей — Bootstrap Loader

Обслуживание аппаратных прерываний от системных устройств (таймера, клавиатуры, дисков) — BIOS Hardware Interrupts

Отработка базовых функций программных обращений (сервисов) к системным устройствамBIOS Services

Все эти функции исполняет системный модуль System BIOS, хранящийся в микросхеме ПЗУ или флэш-памяти, установленной на системной плате.

Система CMOS (энергозависимая память CМОS). Особенность этой памяти состоит в том, что она питается от специального источника питания, независимо включен или выключен основной источник питания. В ней содержится информация о гибких дисках, о жестком диске, процессоре, а также показания системных часов. Запуск BIОS

При включении компьютера по адресной шине процессора выставляется стартовый адрес. Процессор обращается по этому адресу за первой командой. После чего начинает работать под управлением программы. Так как, в ОЗУ нет никакой информации то стартовый адрес указывается на ПЗУ. Программы находящихся в ПЗУ образуют базовую система ввода-вывода. Функция этой системы осуществляет проверку состава и работоспособности компьютерной системы, а также обеспечивает взаимодействие с такими устройствами, как клавиатура, монитора и дисковода. Система CMOS (энергозависимая память CМОS). Особенность этой памяти состоит в том, что она питается от специального источника питания, независимо включен или выключен основной источник питания. В ней содержится информация о гибких дисках, о жестком диске, процессоре, а также показания системных часов. Запуск BIОS Работа программ, записанных в микросхеме ВIОS, отображается на черном экране бегущими белыми строчками. В этот момент компьютер проверяет свои устройства. Прежде всего выполняется проверка оперативной памяти (сколько её и вся ли она в порядке). Проверяется наличие жестких дисков и дисковода гибких дисков, а также наличие клавиатуры. Если что-то не работает, программы, выполняющие проверку, доложат о неисправности. Если всё в порядке, то программы ВIОS заканчивают свою работу и напоследок дают команду загрузить с жесткого диска в оперативную память специальный пакет программ, который называется операционной системой. После того как этот пакет загружен, он начинает работу и отныне всё, что мы делаем с компьютером, происходит под управлением операционной системы. Теперь мы имеем дело только с ней и можем забыть, что у компьютера есть процессор, что ему нужны какие-то инструкции и данные. Отныне всю работу с процессором и другими устройствами берёт на себя операционная система, а нам остается только научится работать с ней, а точнее говоря с тем пакетом программ,

загрузить и с гибкого диска. Для этого нужен специальный гибкий диск, который называют системным. Таким методом запускают компьютер при устранении неисправностей.

1.4 Назначение, функции базовых программных средств, исполняемая программа

Программное обеспечение Программы — это упорядоченные последовательности команд. Конечная цель любой компьютерной программы — управление аппаратными средствами. Даже если на первый взгляд программа никак не взаимодействует с оборудованием, не требует никакого ввода данных с устройств ввода и не осуществляет вывод данных на устройства вывода, все равно ее работа основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.

Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии. Несмотря на то что мы рассматриваем эти две категории отдельно, нельзя забывать, что между ними существует диалектическая связь, и раздельное их рассмотрение является по меньшей мере условным.

Состав программного обеспечения вычислительной системы называют программной конфигурацией. Между программами, как и между физическими узлами и блоками существует взаимосвязь — многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня, то есть, мы можем говорить о межпрограммном интерфейсе. Возможность существования такого интерфейса тоже основана на существовании технических условий и протоколов взаимодействия, а на практике он обеспечивается распределением программного обеспечения на несколько взаимодействующих между собой уровней. Уровни программного обеспечения представляют собой пирамидальную конструкцию. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Такое членение удобно для всех этапов работы с вычислительной системой, начиная с установки программ до практической эксплуатации и технического обслуживания. Обратите внимание на то, что каждый вышележащий уровень повышает функциональность всей системы. Так, например, вычислительная система с программным обеспечением базового уровня не способна выполнять большинство функций, но позволяет установить системное программное обеспечение.

Базовый уровень. Самый низкий уровень программного обеспечения представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ — Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

В тех случаях, когда изменение базовых программных средств во время эксплуатации является технически целесообразным, вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ — Erasable and Programmable Read Only Memory, EPROM). В этом случае изменение содержания ПЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш — технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.

1.5 Виды, назначение, функции, специфика периферийных устройств

Клавиатура — клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знакомых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее оклик. Принцип действия. Клавиатура относится к стандартным средствам персонального компьютера. Ее основные функции не нуждаются в поддержке специальными системными программами (драйверами). Необходимое программное обеспечения для начала работы с компьютером уже имеется в микросхеме ПЗУ в составе базовой системы ввода-вывода (BIOS), и поэтому компьютер реагирует на нажатия клавиш ОЗУ после включения. Мышь — устройство управления манипуляторного типа. Представляет собой плоскую коробочку с двумя-тремя кнопочками. Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора. Устройство вывода: принтер (лазерный, матричный, струйный). Матричные принтеры — это недорогие принтеры, которые первыми начали применяться в IBM РС — совместимых компьютерах. В матричных принтерах печать производится печатающей головкой с выдвигающимися иголочками. Струйные принтеры — это наиболее распространенный в настоящее время тип принтеров. Они безударные, т. е. бесшумные, которые формируют изображение с помощью печатающей головки, содержащей множество капилляров-сопел от 50 до 200. Лазерные принтеры позволяют получать наилучшее качество черно-белого или цветного оттиска. Они обладают высокой скоростью печати 10 и более страниц в минуту. Одной из основных характеристик лазерных принтеров является разрешающая способность — количество печатаемых точек на единицу длины. Устройство хранения данных. Для хранения данных компьютера используют накопители. Накопитель — это устройство, состоящее из носителя информации и привода. Привод представляет собой совокупность различных механических и электронных компонентов: корпуса, двигателя и т. д. Плоттер-устройство которое чертит графики рисунки или диаграммы под управлением ПК.

Плоттеры используют для получения сложных конструкторских чертежей архитектурных планов. роликовые плоттеры — прокручивают бумагу под пером, а планшетные перемешают перо через всю поверхность горизонтально лежащей бумаге.

Сканер для ввода в ПК графических изображений создаёт оцифрованное изображение документа и помешает его в память ПК.

2. Классификация ЭВМ

2.1 Возможности ЭВМ и классификация ЭВМ

Чтобы судить о возможностях ЭВМ, их принято разделять на группы по определенным признакам, т. е. классифицировать. Сравнительно недавно классифицировать ЭВМ по различным признакам не составляло большого труда. Важно было только определить признак классификации, например: но назначению, по габаритам, по производительности, по стоимости, по элементной базе и т. д. Например:

С развитием технологии производства ЭВМ классифицировать их стало все более затруднительно, ибо стирались грани между такими важными характеристиками, как производительность, емкость внутренней и внешней памяти, габариты, вес, энергопотребление и др. Например, персональный компьютер, для размещения которого достаточно стола, имеет практически такие же возможности и технические характеристики, что и достаточно совершенная в недавнем прошлом ЭВМ Единой системы (ЕС), занимающая машинный зал в сотни квадратных метров. Поэтому разделение ЭВМ по названным признакам нельзя воспринимать как классификацию по техническим параметрам. Это, скорее, эвристический подход, где большой вес имеет предполагаемая сфера применения компьютеров.

С этой точки зрения классификацию вычислительных машин по таким показателям, как габариты и производительность, можно представить следующим образом:

сверхпроизводительные ЭВМ и системы (супер-ЭВМ);

большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения);

средние ЭВМ;

малые или мини-ЭВМ;

микро-ЭВМ;

персональные компьютеры;

микропроцессоры.

Отметим, что понятия «большие», «средние» и «малые» для отечественных ЭВМ весьма условны и не соответствуют подобным категориям зарубежных ЭВМ.

Исторически первыми появились большие ЭВМ (универсальные ЭВМ общего назначения), элементная база которых прошла путь от электронных ламп до схем со сверхвысокой степенью интеграции. В процессе эволюционного развития больших ЭВМ можно выделить отдельные периоды, связываемые с пятью поколениями ЭВМ. Поколение ЭВМ определяется элементной базой (лампы, полупроводники, микросхемы различной степени интеграции), архитектурой и вычислительными возможностями.

Основное назначение больших ЭВМ — выполнение работ, связанных с обработкой и хранением больших объемов информации, проведением сложных расчетов и исследований в ходе решения вычислительных и информационно-логических задач. Такими машинами, как правило, оснащаются вычислительные центры, используемые совместно несколькими организациями. Большие машины составляли основу парка вычислительной техники до середины 70-х годов и успешно эксплуатируются поныне. К ним относятся большинство моделей фирмы IBM (семейства 360, 370, 390) и их отечественные аналоги ЕС ЭВМ.

В настоящее время высказываются полярные мнения о перспективах развития больших машин. Согласно одному из них, возможности больших машин полностью перекрываются, с одной стороны, супер-ЭВМ, а с другой — мини-ЭВМ и, выработав свой ресурс, этот класс прекратит свое существование. Другая сторона убеждает в необходимости развития универсальных больших и супер-ЭВМ, которые обладают способностью работать одновременно с большим количеством пользователей, создавать гигантские базы данных и обеспечивать эффективную вычислительную работу. К этому следует добавить, что большие ЭВМ обеспечивают устойчивость вычислительного процесса, безопасность информации и низкую стоимость ее обработки.

Производительность больших ЭВМ норой оказывается недостаточной для ряда приложений, например, таких как прогнозирование метеообстановки, ядерная энергетика, оборона и т. д. Эти обстоятельства стимулировали создание сверхбольших или суперЭВМ. Такие машины обладают колоссальным быстродействием в миллиарды операций в секунду, основанном на выполнении параллельных вычислений и использовании многоуровневой иерархической структуры ЗУ (запоминающих устройств), требуют для своего размещения специальных помещений и крайне сложны в эксплуатации. Стоимость отдельной ЭВМ такого класса достигает десятков миллионов долларов. Представители этого класса ЭВМ — компьютеры фирм Cray Research, Control Data Corporation (CDC) и отечественные супер-ЭВМ семейства Эльбрус.

Средние ЭВМ представляют некоторый интерес в историческом плане. На определенном этапе развития ЭВМ, когда их номенклатура и, соответственно, возможности были ограниченными, появление средних машин было закономерным. Вычислительные машины этого класса обладают несколько меньшими возможностями, чем большие ЭВМ, но зато им присуща и более низкая стоимость. Они предназначены для использования всюду, где приходится постоянно обрабатывать достаточно большие объемы информации с приемлемыми временными затратами. В настоящее время трудно определить четкую грань между средними ЭВМ и большими с одной стороны и малыми — с другой. К средним могут быть отнесены некоторые модели ЕС ЭВМ, например: ЕС-1036, ЕС-1130, ЕС-1120. За рубежом средние ЭВМ выпускают фирмы IBM (International Business Machinery), DEC (Digital Equipment Corporation), Hewlett Packard, СОМРАРЕХ и др.

Малые ЭВМ составляют самый многочисленный и быстроразвивающийся класс ЭВМ. Их популярность объясняется малыми размерами, низкой стоимостью (по сравнению с большими и средними ЭВМ) и универсальными возможностями.

Класс мини-ЭВМ появился в 60-е годы (12-разрядная ЭВМ PD5−5 фирмы DEC). Их появление было обусловлено развитием элементной базы и избыточностью ресурсов больших и средних ЭВМ для ряда приложений. Для мини-ЭВМ характерно представление данных с узким диапазоном значений (машинное слово — 2 байта), использование принципа магистральности в архитектуре и более простое взаимодействие человека и ЭВМ. Такие машины широко применяются для управления сложными видами оборудования, создания систем автоматизированного проектирования и гибких производственных систем. К мини-ЭВМ относятся машины серии PDP (затем VAX) фирмы DEC и их отечественные аналоги — модели семейства малых ЭВМ (СМ ЭВМ).

При переходе от схем с малой и средней степенями интеграции к интегральным микросхемам с большой и сверхбольшой степенями интеграции оказалось возможным создание на одной БИС или СБИС функционально законченного устройства обработки информации, выполняющего функции процессора. Такое устройство принято называть микропроцессором. Изобретение микропроцессора привело к появлению еще одного класса ЭВМ — микро-ЭВМ. Определяющим признаком микро-ЭВМ является наличие одного или нескольких микропроцессоров. Создание микропроцессора не только изменило центральную часть ЭВМ, но и привело к необходимости разработки малогабаритных устройств ее периферийной части. Микро-ЭВМ, благодаря малым размерам, высокой производительности, повышенной надежности и небольшой стоимости нашли широкое pacпpocтpaнение во всех сферах народного хозяйства и оборонного комплекса. С появлением микропроцессоров и микро-ЭВМ становится возможным создание так называемых интеллектуальных терминалов, выполняющих сложные процедуры предварительной обработки информации.

Успехи в развитии микропроцессоров и микро-ЭВМ привели к появлению персональных ЭВМ (ПЭВМ), предназначенных для индивидуального обслуживания пользователя и ориентированных на решение различных задач неспециалистами в области вычислительной техники. Все оборудование персональной ЭВМ размещается в пределах стола. ПЭВМ, выпускаемые в сотнях тысяч и миллионах экземпляров, вносят коренные изменения в формы использования вычислительных средств, в значительной степени расширяют масштабы их применения. Они широко используются как для поддержки различных видов профессиональной деятельности (инженерной, административной, производственной, литературной, финансовой и др.), так и в быту, например для обучения и досуга. Персональный компьютер позволяет эффективно выполнять научно-технические и финансово-экономические расчеты, организовывать базы данных, подготавливать и редактировать документы и любые другие тексты, вести делопроизводство, обрабатывать графическую информацию и т. д. Выполнение многих из указанных функций поддерживается многочисленными эффективными универсальными функциональными пакетами программ. На основе ПЭВМ создаются автоматизированные рабочие места (АРМ) для представителей разных профессий (конструкторов, технологов, административного аппарата и др.). Рынок персональных и микро-ЭВМ непрерывно расширяется за счет поставок ведущих мировых фирм: IBM, DEC, Hewlett Packard, Apple (США), COMPARE/, Siemens (Германия), ICL (Англия) и др. Отечественная промышленность, к сожалению, здесь не представлена.

Рынок персональных и микро-ЭВМ непрерывно расширяется за счет поставок ведущих мировых фирм: IBM, DEC, Hewlett Packard, Apple (США), COMPARE/, Siemens (Германия), ICL (Англия) и др. Отечественная промышленность, к сожалению, здесь не представлена.

3. Поколения ЭВМ

3.1 История поколений ЭВМ

1. 1946 г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах. Запоминающие устройства (ЗУ) были построены на электронных. лампах, электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) и линиях задержки.

2.60-е годы. ЭВМ построены на транзисторах, ЗУ на транзисторах, линиях задержки и ферритовых сердечниках.

3.70-е годы. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИМС). ЗУ на ИМС.

4. Начало создаваться с 1971 г. с изобретением микропроцессора (МП). Построены на основе больших интегральных схем (БИС) и сверх БИС (СБИС).

Пятое поколение ЭВМ строится по принципу человеческого мозга, управляется голосом, используется новая технология на основе арсенида галлия.

ЭВМ предназначены для обработки информации и отображения результатов обработки. Для решения задачи должна быть написана программа.

Во время решения задачи программа и операнды (числа, над которыми производится операции) находятся в оперативной памяти (ОЗУ). Быстродействие ОЗУ соизмеримо с быстродействием АЛУ. В процессе решения задачи АЛУ постоянно взаимодействует с ОЗУ, передавая в ОЗУ промежуточные и конечные результаты и получая из ОЗУ операнды действия всех частей ЭВМ при решении задачи осуществляется под воздействием управляющих сигналов, вырабатываемых устройством управления в соответствии с программой, записанной в ОЗУ.

ПЗУ предназначено для хранения стандартных программ, таких как sin и cos, констант, е.

Существует еще сверх ОЗУ (СОЗУ), которое обладает малым объемом и высоким быстродействием. СОЗУ применяется для кратковременного хранения операндов и промежуточных результатов.

Качество ЭВМ определяется: объемом ОЗУ (т.е. количеством одновременно хранимых в ОЗУ двоичных слов); быстродействием, определяемым количеством операций в сек. После выполнения задачи, программа и результаты через устройство вывода записываются во внешнее ЗУ. В качестве внешних ЗУ используются магнитная лента, гибкий магнитный диск, магнитный барабан, перфолента, перфокарты. Программа вводится в ОЗУ с внешних ЗУ или с клавиатуры через устройство ввода.

3.2 Перспективы развития ЭВМ

Появление новых поколений ЭВМ обусловлено расширением сферы их применения, требующей более производительной, дешевой и надежной вычислительной техники. В настоящее время стремление к реализации новых потребительских свойств ЭВМ стимулирует работы по созданию машин пятого и последующего поколений. Вычислительные средства пятого поколения, кроме более высокой производительности и надежности при более низкой стоимости, обеспечиваемых новейшими электронными технологиями, должны удовлетворять качественно новым функциональным требованиям:

работать с базами знаний в различных предметных областях и организовывать на их основе системы искусственного интеллекта;

обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода-вывода информации голосом, диалоговой обработки информации с использованием естественных языков, устройств распознавания речи и изображения;

упрощать процесс создания программных средств путем автоматизации синтеза программ.

В настоящее время ведутся интенсивные работы как по созданию ЭВМ пятого поколения традиционной (неймановской) архитектуры, так и по созданию и апробации перспективных архитектур и схемотехнических решений. На формальном и прикладном уровнях исследуются архитектуры на основе параллельных абстрактных вычислителей (матричные и клеточные процессоры, систолические структуры, однородные вычислительные структуры, нейронные сети и др.) Развитие вычислительной техники с высоким параллелизмом во многом определяется элементной базой, степенью развития параллельного программного обеспечения и методологией распараллеливания алгоритмов решаемых задач.

Проблема создания эффективных систем параллельного программирования, ориентированных на высокоуровневое распараллеливание алгоритмов вычислений и обработки данных, представляется достаточно сложной и предполагает дифференцированный подход с учетом сложности распараллеливания и необходимости синхронизации процессов во времени.

Наряду с развитием архитектурных и системотехнических решений ведутся работы по совершенствованию технологий производства интегральных схем и по созданию принципиально новых элементных баз, основанных на оптоэлектронных и оптических принципах.

В плане создания принципиально новых архитектур вычислительных средств большое внимание уделяется проектам нейрокомпьютеров, базирующихся на понятии нейронной сети (структуры на формальных нейронах), моделирующей основные свойства реальных нейронов. В случае применения биоили оптоэлементов могут быть созданы соответственно биологические или оптические нейрокомпыотеры. Многие исследователи считают, что в следующем веке нейрокомпьютсры в значительной степени вытеснят современные ЭВМ, используемые для решения трудноформализуемых задач. Последние достижения в микроэлектронике и разработка элементной базы на основе биотехнологий дают возможность прогнозировать создание биокомпыотеров.

Заключение

Важным направлением развития вычислительных средств пятого и последующих поколений является интеллектуализация ЭВМ, связанная с наделением ее элементами интеллекта, интеллектуализацией интерфейса с пользователем и др. Работа в данном направлении, затрагивая, в первую очередь, программное обеспечение, потребует и создания ЭВМ определенной архитектуры, используемых в системах управления базами знаний, — компьютеров баз знаний, а так же других подклассов ЭВМ. При этом ЭВМ должна обладать способностью к обучению, производить ассоциативную обработку информации и вести интеллектуальный диалог при решении конкретных задач.

В заключение отметим, что ряд названных вопросов реализован в перспективных ЭВМ пятого поколения либо находится в стадии технической проработки, другие — в стадии теоретических исследований и поисков.