Лекция 2 История развития вычислительной техники - umotnas.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Лекция №2 «История развития вычислительной техники»» по дисциплине... 1 78.22kb.
Лекция №1 история развития средств вычислительной техники 1 259.15kb.
Лекция. История развития вычислительной техники 1 49.17kb.
Рабочая программа факультатива история развития средств вычислительной... 1 86.9kb.
История развития вычислительной техники 1 59.11kb.
«История развития вычислительной техники» 1 20.2kb.
История развития вычислительной техники 1 27.03kb.
Программа аттестационных испытаний для поступающих на второй и последующие... 1 43.65kb.
История возникновения пк 1 33.64kb.
Разработка урока «История развития вычислительной техники. Поколения... 1 92.18kb.
История развития информатики 1 53.81kb.
С. Н. Хрущев. Никита Хрущев. Реформатор. Академик Семенов и химизация... 2 467.62kb.
Викторина для любознательных: «Занимательная биология» 1 9.92kb.

Лекция 2 История развития вычислительной техники - страница №1/1

Лекция 2

История развития вычислительной техники



Физическая организация хранения и передачи данных в компьютере

Файловая структура организации информации в компьютере
Рекомендуемая литература :

Основная:

  1. Информатика. Базовый курс /Под ред. С.В.Симоновича. – СПб: Питер, 2000.- 640 с.

  2. Самсонова А. В. История создания ПК : лекция/СПб: СПбГАФК им. Лесгафта, 2001.-16с.

Дополнительная

  1. Знакомьтесь-компьютер. -М.: Мир, 1989. -240с.

  2. Частиков А. Архитекторы компьютерного мира.- СПб : БХВ – Петербург, 2002. – 348 с.

  3. В.Э. Фигурнов IBM PC для пользователя - 8 изданий (подходит любое)

1. Развитие вычислительной техники за рубежом.

Механические счётные устройства.

История вычислительных устройств начинается с того самого момента, когда человек научился считать. Первоначально себе в помощь он призвал подручные материалы: камешки, палочки, косточки и т.п. Затем, по мере усложнения вычислений, появилась необходимость упорядоченно раскладывать те же самые камешки. Так появились специальные доски, на которых раскладывались предметы для счета. Именно так появился АБАК. Первое упоминание об этом приспособлении относится ко 2 веку до нашей эры. В дальнейшем именно от АБАКа произошли русские счеты, с успехом применявшиеся до середины XX века.



  • В 1642 году Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел

  • В 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия.

  • В первой половине XIX века английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство — Аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека.

Электрические вычислительные машины.

Появление электричества привело к новому этапу в развитии вычислительных машин (использование электромоторов в качестве приводов в механических машинах, теоретические исследования в логике, использование двоичных систем, для которых идеально подходит электрический сигнал, релейные устройства).

Система Буля хорошо подходит для описания электрических переключателей схем. Ток в цепи может либо протекать, либо отсутствовать, подобно тому, как утверждение может быть либо истинным, либо ложным. А еще несколько десятилетий спустя, уже в ХХ столетии, ученые объединили созданный Джорджем Булем математический аппарат с двоичной системой счисления, заложив тем самым основы для разработки цифрового электронного компьютера.

Статистический табулятор Германа Холлерита (американский инженер, изобретатель первой электромеханической счетной машины — табулятора, основатель фирмы — предшественницы IBM)

Общеё развитие экономики и администрирования в начале ХХ столетия позволило целенаправленно развивать выбранные направления науки.

Ванневар Буш стал создателем Интернета. Выдающийся ученый и администратор. Именно ему принадлежат основные идеи управления разработками двойного назначения, которые впоследствии позволили найти организационные формы и источники финансирования глобальных сетевых проектов.

Клод Шеннон был первым, кто подошел к криптографии с подлинно научной точки зрения. Он впервые сформулировал теоретические основы криптографии и ввел в рассмотрение многие понятия, без которых эта наука немыслима в наши дни. Материал был изложен в секретном докладе "математическая теория криптографии" (1 сентября 1945 года). Затем доклад был рассекречен и в 1949 году опубликован в техническом журнале корпорации Bell System.

В 1934 году Конрад Цузе придумал модель автоматического калькулятора, которая состояла из устройства управления, вычислительного устройства и памяти и полностью совпадала с архитектурой сегодняшних компьютеров.

В те годы Цузе пришел к выводу, что будущие компьютеры будут основаны на шести принципах:


  • двоичная система счисления;

  • использование устройств, работающих по принципу “да/нет” (логические 1 и 0);

  • полностью автоматизированный процесс работы вычислителя;

  • программное управление процессом вычислений;

  • поддержка арифметики с плавающей запятой;

  • использование памяти большой емкости.

В 1943 году американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX века — электромеханических реле — смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк-1».

В 1945 году к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман. Фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, т.е. компьютеров.

Прежде всего, компьютер должен иметь следующие устройства:


  • арифметико-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;

  • устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;

  • запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;

  • внешние устройства для ввода-вывода информации.



На смену реле пришли более надёжные и быстрые устройства – электронные лампы. Компьютеры на лампах могли выполнять практически все требования разработчиков и очень были похожи на современные компьютеры. Их основной недостаток: большие размеры и недостаточная надёжность.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 году английским исследователем Морисом Уилксом.



Электронные вычислительные системы - компьютеры

1948 год – изобретение транзисторов – миниатюрных электронных приборов, которые смогли заменить в компьютерах электронные лампы.

На основе транзисторов были изобретены микросхемы, устройства состоящие из нескольких транзисторов (p-n-p переходов на одной подложке). Результатом развития микросхем стал микропроцессор.

Закон Мура

Кроме развития самих компьютеров развиваются устройства ввода и вывода информации в компьютер



Дуглас Энджелбарт – изобретатель первой мыши.

Следующий этап в развитии компьютерной (вычислительной технике) связан с техническим прогрессом косвенно. Он скорее является экономическим и даже политическим. Компьютер из научного и засекреченного устройства стал доступным вычислительным средством

Важным этапом в развитии персональных компьютеров стал тот момент, когда они стали доступны не только учёным, но и обычным гражданам.

1974 год - Эд Робертс построил первый микро-компьютер «Альтаир», который продавался в виде комплекта стоимостью 397 $ по почтовым заказам.

IBM PC, работавшая под управлением DOS, была представлена 12 августа 1981года. Компьютер, который в считанные годы завоевал весь мир благодаря открытой архитектуре устройств, блочной структуре и низкой стоимости.

2. Развитие вычислительной техники в России

Сергей Алексеевич Лебедев – создатель первой советской ЭВМ. В 1951 году в Киеве была создана МЭСМ – первая советская ЭВМ

В 1953 году была создана БЭСМ – самая быстродействующая машина в Европе. Исаак Семенович Брук- разработчик малых управляющих машин. В 1952 году была введена в эксплуатацию первая малогабаритная машина М-1.

Башир Рамеев – разработчик первых серийных машин. В 1957 году в Пензе начат выпуск малой ЭВМ «Урал-1».

1986 год - в СССР разработаны персональные компьютеры:


  • «Электроника БК-0010»

  • «Корвет»

  • «УКНЦ» - учебный компьютер научного центра

  • «Искра-226»

1988 год - Начинается массовый выпуск профессиональных ПК:

  • ДВК -3М, ДВК-4

  • ЕС-1840, ЕС-1841

Советские компьютеры не только не уступали зарубежным аналогам по техническим характеристика, а зачастую и опережали их, однако, высокая сложность пользовательского интерфейса, отсутствие пользовательского программного обеспечения (прикладных программ) и закрытая архитектура не позволили отечественным компьютерам занять какое-либо место на компьютерном рынке.

Физическая организация хранения и передачи данных в компьютере

Компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (например, звуки, изображения, показания приборов и т.д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму.

Единицей информации в компьютере является один бит, т.е. двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1.

Данные при включённом компьютере передаются с помощью электрических сигналов, которые измеряются относительно земли


Как правило, команды компьютеров работают не с отдельными битами, а с восемью битами сразу. Восемь битов составляют байт. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (256 = 28).

Примеры кодирования различных символов:

Пример кодировочной таблицы





Передача информации в компьютере

В современном компьютере для передачи данных используется 32 или 64 разрядная шина (т.е. одновременно может передаваться 4 или 8 байта)‏.

Вычислительная работа в процессоре, а также обработка и пересылка данных между центральным процессором (ЦП), оперативной памятью (ОЗУ), контроллерами и устройствами ввода-вывода информации (УВВ) должны быть согласованы во времени, т.е. синхронизированы.

Синхронизация системы осуществляется посредством тактового генератора. Тактовый генератор формирует периодические последовательности тактовых импульсов, которые направляются на шину центрального процессора, на шины ОЗУ, видеосистемы, а также шины подсистемы ввода-вывода.

Параметры тактовых импульсов генератора

Каждая операция на шине длится определенный период времени, называемый циклом. Минимальный цикл обмена длится два цикла тактового генератора — Т1+Т2. В период времени действия задержек процессор находится в стадии циклов ожидания (Tw).



Физическая организация дисковой памяти

Основной памятью компьютера до настоящего времени является дисковая память, хотя она в последнее время существенно уступила свои позиции электронной памяти.



Данные в персональном компьютере могут храниться в виде электрических сигналов (при включённом питании), магнитных импульсов, механических меток, положении переключателей.

Наиболее популярные файловые системы

FAT, FAT32, NTFS – для Windows

EXT2, EXT3, SWAP – для Linux

Схема разметки дисковой памяти



Сектор – участок дорожки между соседними радиусами.

Размер сектора на любом устройстве памяти одинаков и равен 512 байт

Вся информация записывается в сектора.


Форматирование устройства памяти – процесс подготовки устройства памяти к эксплуатации. В процессе форматирования происходят следующие действия:

  • Создаётся разметка диска (устройства памяти). Побочным эффектом является безвозвратное удаление всей информации на форматируемом устройстве‏.

  • При форматировании так же создаётся таблица размещения файлов (FAT), находящаяся в служебной зоне и содержащая информацию обо всех сохранённых на устройстве файлах.

  • При форматировании устройства создаётся как минимум одна папка (каталог, директорий), называемая корневой или папкой первого уровня.

  • Для ускорения процесса записи и уменьшения количества адресов памяти (при значительном размере устройства памяти), сектора объединяются в группы, называемые кластерами. Количество секторов в группе всегда кратно двум.

Кластер количество информации, которым компьютер обменивается с устройством памяти за одно обращение (при записи или чтении). Размер кластера устанавливается перед началом форматирования устройства памяти автоматически операционной системой (в этом случае он зависит от размера устройства памяти) или задается пользователем. Для устройства памяти размер кластера, как правило, остается неизменным до следующего форматирования.

  • Информация на устройство памяти пишется или читается кластерами. Т.к. это минимальное адресуемое пространство, то по одному адресу (в одном кластере) нельзя одновременно хранить более одной информации (одного файла).

  • Если полезная (фактическая) информация, записываемая в кластер, меньше размера кластера, то в этом случае говорят о потерях дискового пространства. Это разность между пространством, занятым файлом на устройстве памяти и фактическим размером полезной информации.

Пример: Кластер состоит из 16 секторов. В файле сохранено 1 слово «Зачёт» (без элементов форматирования, например стандартным редактором Windows – «Блокнот»: 5 букв по 1 байту, всего 5 байт). Потери дискового пространства при записи такого файла на устройство памяти составят:

512 * 16 – 5 * 1 = 8187 (байт)‏

размер кластера фактический потеря дискового

размер файла пространства



Логическая организация памяти ПК

Вся информация на устройстве памяти хранится только в виде файлов. Это минимальная и единственная логическая единица информации.

Любая информация, сохранённая на устройстве памяти и имеющая собственное имя, называетсяфайлом.

Файл — это также и поименованная область на устройстве памяти.

Правила написания имен файлов

Большинство OC работает с именами файлов, соответствующих формуле 8.3.



В DOS собственное имя файла содержит до 8 символов, далее точка и расширение файла (до 3 символов). Имя и расширение могут состоять из прописных и строчных латинских букв, цифр и символов, за исключением специальных‏.

Расширение является необязательным. Как правило, расширение показывает, какого типа информация сохранена в файле. Многие программы сами устанавливают расширение имени файла. По расширению можно узнать, какая программа создала файл, или какой программой файл открывается (запускается).



В Windows имена файлов могут содержать до 255 символов и использовать также русские буквы.

Имена файлов регистрируются на дисках в каталогах (или директориях). В Windows каталоги называются также папками.

Каталог — это специальное место (имя) на диске, в котором (под которым) хранятся имена файлов или другие каталоги, сведения о размере файлов, времени их последнего обновления, атрибуты (свойства) файлов и т.д.

Пустые папки не имеют размера, их размер определяется размером файлов, хранящихся в этой папке и её подпапках

Имена папкам даются по тем же правилам, что и для имен файлов. Важно помнить: у папок не бывает расширений.

Деревом каталогов называется графическое отображение структуры папок и файлов на устройстве памяти.



Имена устройств памяти



Пользователь вправе менять системные имена устройств и давать им дополнительные имена (Например: SYSTEMA(C:), ARHIV(E:) и т.д.)‏.