История развития вычислительной техники. Классификация компьютеров. Состав вычислительной системы. Аппаратное и программное обеспечение. Классификация служебных и прикладных программных средств

Состав вычислительной системы. Состав вычислительной системы Рассматривают аппаратную и программную конфигурацию т. Интерфейсы любой вычислительной системы можно условно разделить на последовательные и параллельные. Системный уровень переходный обеспечивающий взаимодействие прочих программ компьютерной системы как с программами базового уровня так и непосредственно с аппаратным обеспечением в частности с центральным процессором.

2015-01-29

25.49 KB

27 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


Лекция 4. История развития вычислительной техники. Классификация компьютеров. Состав вычислительной системы. Аппаратное и программное обеспечение. Классификация служебных и прикладных программных средств

История развития вычислительной техники

Первыми счетными устройствами были механические устройства. В 1642 году французский механик Блез Паскаль разработал компактное суммирующее устройство – механический калькулятор.

В 1673 г. Немецкий математик и философ Лейбниц усовершенствовал его путем добавления операций умножения и деления. На протяжении 18 века разрабатывались все более совершенные, но по-прежнему механические вычислительные устройства на основе зубчатых, реечных, рычажных и других механизмов.

Идея программирования вычислительных операций пришла из часовой промышленности. Такое программирование было жестким: одна и та же операция выполнялась в одно и то же время (пример – работа станка по копиру).

Идея гибкого программирования вычислительных операций была высказана английским математиком Чарльзом Бэббиджем в 1836-1848 гг. Особенностью его аналитической машины был принцип разделения информации на команды и данные. Однако проект не был реализован.

Программы вычислений на машине Беббиджа, составленные дочерью поэта Байрона Адой Лавлейс (1815-1852), очень схожи с программами, составленными впоследствии для первых ЭВМ. Эту замечательную женщину назвали первым программистом мира.

При переходе от режима регистрации положений механического устройства к режиму регистрации состояний элементов электронного устройства десятичная система стала неудобной, т. к. состояний элементов только два: включено и выключено.

Возможность представления любых чисел в двоичной форме была впервые высказана Лейбницем в 1666 году.

Идея кодирования логических высказываний в математические выражения:

  •     истина (True) или ложь (False);
  •     в двоичном коде  0 или 1,

была реализована английским математиком Джорджем Булем (1815-1864) в первой половине XIX века.

Однако разработанная им алгебра логики "алгебра Буля" нашла применение лишь в следующем веке, когда понадобился математический аппарат для проектирования схем ЭВМ, использующих двоичную систему счисления. "Соединил" математическую логику с двоичной системой счисления и электрическими цепями американский ученый Клод Шеннон в своей знаменитой диссертации (1936 г.).

В логической алгебре при создании ЭВМ используются в основном 4 операции:

  •  И (пересечение или конъюнкция - A^B);
  •  ИЛИ (объединение или дизъюнкция - AvB);
  •  НЕ (инверсия - |A);
  •  ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (A*|B+|A*B).

В 1936 г. Английский математик А. Тьюринг и, независимо от него Э. Пост, выдвинули и разработали концепцию абстрактной вычислительной машины. Они доказали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы при условии возможности её алгоритмизации.

В 1946 г. Джоном фон Нейманом, Голдстайном и Берксом (Принстонский институт перспективных исследований) был составлен отчет, который содержал детальное описание принципов построения цифровых ЭВМ, которые используются до сих пор.

  1.  В архитектуру ЭВМ Джона фон Неймана входят:
    1.  центральный процессор, состоящий из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ);
    2.  память: оперативная (ОЗУ) и внешняя;
    3.  устройства ввода;
    4.  устройства вывода.
  2.  Принципы работы ЭВМ, предложенные фон Нейманом:
    1.  однородность памяти;
    2.  программное управление;
    3.  адресность.
  3.  Можно выделить основные поколения ЭВМ и их характеристики:

Годы
применения

1955 – 60 гг.

1960 – 65 гг.

1965 – 70 гг.

1970 – 90  гг.

С 1990 г . по
настоящее
время

Основной
элемент

Электронная
лампа

Транзистор

ИС
(1400
элементов)

Большая
ИС
(десятки тыс.
элементов)

Большая
ИС
(миллионы
элементов)

Пример ЭВМ

IBM 701
(1952 г.)

IBM 360-40
(1964 г.)

IBM 370-
145 (1970 г.)

IBM 370-168
(1972 г.)

IBM Server
z990
2003

Быстродей-
ствие, опер./с

8 000

246 000

1 230 000

7 700 000

9*109

Ёмкость ОЗУ,
байт

20 480

256 000

512 000

8 200 000

256*109

Примечание

Шеннон,
фон
Нейман,
Норберт
Винер

Языки
ФОРТРАН,
КОБОЛ,
АЛГОЛ

Миником-
пьютер,  ОС
MS DOS,
ОС Unix,
сеть

PC,
графиче-
ские ОС,
интернет

Искусствен-
ный
интеллект,
распозна-
вание речи,
лазер

Бурное развитие вычислительных систем началось в 60-х годах 20 века с отказом от  электронных ламп и развитием полупроводниковой, а затем и лазерной техники.

Эффективность ЭВМ (компьютеров) значительно выросла в 70-х годах 20 века с разработкой процессоров на базе интегральных микросхем.

Качественный скачок в развитии компьютеров произошел в 80-х годах XX века с изобретением персонального компьютера и развитием всемирной информационной сети  - интернета.

Классификация компьютеров

  1.  По назначению:
    •  суперкомпьютеры;
    •  серверы;
    •  встроенные компьютеры (микропроцессоры);
    •  персональные компьютеры (ПК).

Суперкомпьютеры - вычислительные центры - создающиеся для решения предельно сложных вычислительных задач (моделирования сложных явлений, обработки сверхбольших объемов информации, составления прогнозов и т. п.).

Серверы (от английского слова serve обслуживать, управлять) - компьютеры, обеспечивающие работу локальной или глобальной сети, специализирующиеся на оказании информационных услуг и обслуживании компьютеров крупных предприятий, банков, учебных заведений и т. п.

Встроенные компьютеры (микропроцессоры) получили массовое распространение в производстве и бытовой технике, где управление может быть сведено к выполнению ограниченной последовательности команд (роботы на конвейере, бортовые, интегрированные в бытовую технику и т. п.)

Персональные компьютеры (PC) предназначены для работы одного человека, поэтому применяются повсеместно. Их рождением считается 12 августа 1981 г., когда корпорация IBM представила их первую модель. PC совершили компьютерную революцию в жизни миллионов людей и оказали огромное влияние на развитие человеческого общества.

PC разделяются на массовые, деловые, портативные, развлекательные, а также  рабочие станции.

Стандарты PC:

  •  Consumer PC (массовый);
    •  Office PC (деловой);
    •  Entertainment PC (развлекательный);
    •  Workstation PC (рабочая станция);
    •  Mobile PC (портативный).

 Большинство PC – массовые.

 Деловые (офисные) PC содержат профессиональные программы, но в них минимизированы требования к графическим средствам и средствам воспроизведения звука.

 В развлекательных PC широко представлены средства Multimedia.

 В рабочих станциях повышены требования к хранению данных.

Для портативных обязательным является наличие средств доступа в компьютерную сеть. 

  1.  По уровню специализации:
    •  универсальные;
    •  специализированные (примеры: файл-сервер, Web-сервер, сервер печати и т. п.).
  2.  По типоразмерам: 
    •  настольные (desktop);
    •  носимые (notebook, iPad);
    •  карманные (palmtop);
    •  мобильные вычислительные устройства (PDA - personal digital assistant), сочетающие в себе функции palmtop и сотовых телефонов.
  3.  По аппаратной совместимости:
    •  IBM PC;
    •  Apple Macintosh.
  4.  По типу процессора:
    •  Intel (в персональных компьютерах фирмы IBM);
    •  Motorola (в персональных компьютерах фирмы Macintosh).

Состав вычислительной системы

Рассматривают аппаратную и программную конфигурацию, т. к. часто решение одних и тех же задач может обеспечиваться как аппаратными, так и программными средствами. Критерием в каждом случае является эффективность работы.

Считается, что повышение эффективности работы за счёт развития аппаратных средств оказывается в среднем дороже, зато реализация решений программным путём требует высокой квалификации персонала.

Аппаратное обеспечение

К аппаратному обеспечению вычислительных систем относятся устройства и приборы (используется блочно-модульная конструкция).

По способу размещения устройств относительно центрального процессорного устройства различают внутренние и внешние устройства. Внешние - это устройства ввода-вывода (периферийные устройства) и дополнительные устройства, предназначенные для длительного хранения данных.

Согласование между отдельными блоками и узлами осуществляется с помощью переходных аппаратно-логических устройств - аппаратных интерфейсов, работающих в соответствии с утвержденными стандартами.

Интерфейсы любой вычислительной системы можно условно разделить на последовательные и параллельные. 

Параллельные интерфейсы более сложны, требуют синхронизации передающего и принимающего устройств, но имеют более высокую производительность, которая измеряется байтами в секунду (байт/с, Кбайт/с, Мбайт/с). Применяются (сейчас редко) при подключении принтера.

Последовательные - проще и медленней, их называют асинхронными интерфейсами. Из-за отсутствия синхронизации посылок полезные данные предваряют и завершают посылками служебных данных (на 1 байт - 1-3 служебных бита), производительность измеряется битами в секунду (бит/с, Кбит/с, Мбит/с).

Применяются для подключения устройств ввода, вывода и хранения информации мыши, клавиатуры, флэш-памяти, датчиков, диктофонов, видеокамер, устройств связи, принтеров и т. п.

Стандарты на аппаратные интерфейсы в ВТ называют протоколами. Протокол — это совокупность технических условий, которые должны быть обеспечены разработчиками компьютерной техники для успешного согласования работы устройств.

Программное обеспечение

Программное обеспечение (ПО) или программная конфигурация - это программы (упорядоченные последовательности команд). Между программами существует взаимосвязь: одни работают, опираясь на другие (более низкого уровня), т. е. следует говорить о межпрограммном интерфейсе.

  1.  Базовый уровень (BIOS) - самый низший уровень. Базовое обеспечение отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Базовые программные средства хранятся в микросхеме постоянного запоминающего устройства -  ПЗУ (Read Only Memory (ROM)).

Если параметры базовых средств необходимо изменять во время эксплуатации, применяют перепрограммируемые ЗУ или ППЗУ (Erasable and Programmable Read Only Memory (EPROM). Реализация ППЗУ осуществляется с помощью микросхемы "энергонезависимой памяти" или CMOS, которая также работает при начальной загрузке компьютера. 

  1.  Системный уровень - переходный, обеспечивающий взаимодействие прочих программ компьютерной системы, как с программами базового уровня, так и непосредственно с аппаратным обеспечением, в частности с центральным процессором.

В состав системного обеспечения входят:

  •  драйверы устройств - программы, обеспечивающие взаимодействие компьютера с конкретными устройствами;
  •  средства установки программ;
  •  стандартные средства пользовательского интерфейса, обеспечивающие эффективное взаимодействие с пользователем, ввод данных в систему и получение результата.

Совокупность программ системного уровня образует ядро операционной системы PC.

Если компьютер оснащен программным обеспечением системного уровня, то он уже подготовлен:

  •  к взаимодействию программных средств с оборудованием;
  •  к установке программ более высоких уровней;
  •  а самое главное – к взаимодействию с пользователем.

Таким образом, загрузка ядра операционной системы – это обязательное и в основном достаточное условие для обеспечения работы человека на компьютере.

  1.  Служебный уровень программного обеспечения дает возможность работы, как с программами базового уровня, так и с программами системного уровня. Основное назначение служебных программ (утилит) - в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке PC. Кроме того, они используются для расширения и улучшения функций системных программ. Некоторые из программ служебного уровня изначально включаются в состав операционной системы, как стандартные.

В разработке и эксплуатации служебных программ существуют два альтернативных направления: интеграция с операционной системой и автономное функционирование.

Во втором случае они предоставляют пользователю больше возможностей для персональной настройки их взаимодействия с аппаратным и программным обеспечением.

  1.  Прикладной уровень - это комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр их очень широк (от производственных до развлекательных).

Доступность прикладного ПО и широта функциональных возможностей PC напрямую зависит от используемой операционной системы, т. е. какие системные средства содержит ее ядро и, следовательно,  как она обеспечивает взаимодействие: человек — программы — оборудование.

Классификация служебных программных средств

  1.  Диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С помощью их выполняется копирование, перемещение и переименование файлов, создание каталогов, удаление файлов и каталогов, поиск файлов и навигация в файловой структуре (например, Проводник (Windows Explorer)).
  2.  Архиваторы – средства сжатия файлов
  3.  Средства просмотра и воспроизведения. Простые и универсальные средства просмотра, не обеспечивающие редактирования, но позволяющие просматривать (воспроизводить) документы разных типов.
  4.  Средства диагностики – для автоматизации процессов диагностики программного и аппаратного обеспечения. Используются не только для устранения неполадок, но и для оптимизации работы компьютера.
  5.  Средства контроля (мониторинга) или мониторы - позволяют следить за процессами, происходящими в компьютере. Используются два режима: наблюдение в реальном масштабе времени и контроль с записью результатов в протокольном файле (используется, когда мониторинг необходимо обеспечить автоматически и дистанционно).  
  6.  Мониторы установки - обеспечивают контроль установки программного обеспечения, следят за состоянием окружающей программной среды, позволяют восстанавливать связи, утраченные в результате удаления ранее установленных программ.

Простейшие мониторы обычно входят в состав операционной системы и размещаются на системном уровне.

  1.  Средства коммуникации (коммуникационные программы) - соединения с удаленными компьютерами, обслуживают передачу сообщений электронной почты и т. п.
  2.  Средства обеспечения компьютерной безопасности (активные и пассивные). Средства пассивной защиты – это программы резервного копирования. В качестве средств активной защиты применяют  антивирусное программное обеспечение.
  3.  Средства электронной цифровой подписи (ЭЦП).

Классификация прикладных программ

  1.  Текстовые редакторы (Notepad, WordPad, Лексикон, редактор Norton Commander и т. п.).
  2.  Текстовые процессоры (позволяют не только вводить и редактировать тексты, но и форматировать, т. е. оформлять их). Таким образом,  к средствам текстовых процессоров относятся средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц, а также средства автоматизации процесса форматирования (Word).
  3.  Графические редакторы. Это растровые (точечные), векторные редакторы и средства для создания трехмерной графики (3D-редакторы).

В растровых редакторах (Paint) графический объект представлен в виде комбинации точек, каждая из которых обладает свойствами яркости и цвета. Такой вариант эффективен в случаях, когда изображение имеет много полутонов, и информация о цвете элементов объекта важнее, чем информация об их форме. Растровые редакторы широко применяются для ретуши изображений, создания фотоэффектов, но они не всегда удобны для создания новых изображений и неэкономичны, т.к. изображения имеют большую избыточность.

В векторных редакторах (CorelDraw) элементарным объектом изображения является не точка, а линия. Такой подход характерен для чертежно-графических работ, когда форма линий имеет большее значение, чем информация о цвете отдельных точек, ее составляющих. Это представление намного компактнее, чем растровое. Векторные редакторы удобны для создания изображений, но практически не используются для обработки готовых рисунков.

Редакторы трехмерной графики позволяют гибко управлять взаимодействием свойств поверхности объектов со свойствами источников освещения, а также создавать трехмерную анимацию, поэтому их называют также 3D-аниматорами.

  1.  Системы управления базами данных (СУБД). Основными функциями их являются:
  •  создание пустой базы данных;
  •  предоставление средств для ее заполнения и импорта данных из таблиц другой базы данных;
  •  обеспечение возможности доступа к данным, средств поиска и фильтрации.
  1.  Электронные таблицы. Это комплексные средства для хранения и обработки данных (Excel). Предоставляют широкий спектр методов работы с числовыми данными.
  2.  Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ, а также могут производить элементарные расчеты и выбор конструктивных элементов из баз данных.
  3.  Настольные издательские системы. Предназначены для автоматизации процесса верстки полиграфических изданий. Занимают промежуточное положение между текстовыми процессорами и системами автоматического проектирования. Типичный прием использования – применение к документам, прошедшим предварительную обработку в текстовых процессорах и графических редакторах.
  4.  Экспертные системы (анализ данных, содержащихся в базах знаний). Характерная их особенность - способность к саморазвитию (при необходимости генерирует достаточный набор вопросов к эксперту и автоматически повысить свое качество).
  5.  WEB – редакторы. Объединяют свойства текстовых и графических редакторов и предназначены для создания и редактирования WEB – документов.
  6.  Броузеры (средства просмотра WEB – документов).
  7.  Интегрированные системы делопроизводства. Основные функции – редактирование и форматирование простейших документов, централизация работы электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документов предприятия.
  8.  Бухгалтерские системы – сочетают в себе функции текстовых и табличных редакторов, обеспечивают автоматизацию подготовки и учета первичных документов, ведения счетов плана бухучета, подготовку регулярной отчетности.
  9.  Финансовые аналитические системы. Используются в банковских и биржевых структурах. Позволяют контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, фондовых и сырьевых рынках, производить анализ, готовить отчеты.
  10.  Геоинформационные системы (ГИС). Предназначены для автоматизации картографических и геодезических работ.
  11.  Системы видеомонтажа – обработка видеоматериалов.
  12.  Обучающие, развивающие, справочные и развлекательные программы. Особенностью их являются повышенные требования к средствам мультимедиа (музыкальным композициям, графической анимации и видеоматериалам).

Кроме аппаратного и программного обеспечения выделяют информационное обеспечение (проверка орфографии, словари, тезаурусы и т. п.)

В специализированных компьютерных системах (бортовые) совокупность программного и информационного обеспечения называют математическим обеспечением.

PAGE  7



 

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
7644. Формирование представлений о методах решения прикладных задач с помощью средств вычислительной техники 29.54 KB
  Наличие погрешности обусловлено рядом причин. Исходные данные как правило содержат погрешности поскольку они либо получаются в результате экспериментов измерений либо являются результатом решения некоторых вспомогательных задач. Полная погрешность результата решения задачи на ЭВМ складывается из трех составляющих: неустранимой погрешности погрешности метода и вычислительной погрешности: .
166. Обеспечение заземления в вычислительной техники 169.06 KB
  Практически каждый блок питания компьютера или иного устройства имеет сетевой фильтр рис. При занулении необходимо быть уверенным в том что этот нуль не станет фазой если ктолибо перевернет какуюнибудь вилку питания. Входные цепи блока питания компьютера Рис. Образование потенциала на корпусе компьютера Конечно мощность этого источника ограничена ток короткого замыкания на землю составляет от единиц до десятков миллиампер причем чем мощнее блок питания тем обычно больше емкость конденсаторов фильтра и следовательно ток:...
167. Общие сведения по эксплуатация средств вычислительной техники 18.21 KB
  Основные понятия Средства вычислительной техники СВТ – это компьютеры к которым относятся персональные компьютеры ПЭВМ сетевые рабочие станции серверы и другие виды компьютеров а также периферийные устройства компьютерная оргтехника и средства межкомпьютерной связи. Эксплуатация СВТ заключается в использовании оборудования по назначению когда ВТ должна выполнять весь комплекс возложенных на нее задач. Для эффективного использования и поддержания СВТ в работоспособном состоянии в процессе эксплуатации проводится...
8370. Настройка папок и файлов. Настройка средств операционной системы. Применение стандартных служебных программ. Принципы связывания и внедрения объектов. Сети: основные понятия и классификация 33.34 KB
  Настройка средств операционной системы. Настройка средств операционной системы Все настройки осуществляются как правило через Панели управления . Настройка стиля операционной системы Настройка стиля системы осуществляется по пути: Пуск – Панель управления – Все элементы панели управления – Система . Вкладкой Дополнительные параметры системы открывается окно Свойства системы в котором наиболее важной для настройки является вкладка Дополнительно .
9083. Программное обеспечение. Назначение и классификация 71.79 KB
  Антивирусы Как ни странно но до сих пор нет точного определения что же такое вирус. либо присущи другим программам которые никоим образом вирусами не являются либо существуют вирусы которые не содержат указанных выше отличительных черт за исключением возможности распространения. макровирусы заражают файлы документов Word и Excel. Существует большое количество сочетаний например файловозагрузочные вирусы заражающие как файлы так и загрузочные сектора дисков.
5380. Разработка учебного стенда Устройство и принцип работы принтера как средство повышения качества подготовки учащихся специальности Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей 243.46 KB
  Классифицируются принтеры по пяти основным позициям: принципу работы печатающего механизма, максимальному формату листа бумаги, использованию цветной печати, наличию или отсутствию аппаратной поддержки языка PostScript, а также по рекомендуемой месячной нагрузке.
10480. Программное обеспечение компьютера. Виды прикладных программ 15.53 KB
  Меняя программы для компьютера можно превратить его в рабочее место бухгалтера или конструктора статистика или дизайнера редактировать на нем документы или играть в какуюнибудь игру. Классификация программ Программы работающие на компьютере можно разделить на три категории: прикладные программы непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ: редактирование текстов рисование картинок просмотр видео и т.; системные программы выполняющие различные вспомогательные функции например создание копий...
7045. Информационные системы. Понятие, состав, структура, классификация, поколения 12.11 KB
  Свойства информационной системы: Делимость выделение подсистем что упрощает анализ разработку внедрение и эксплуатацию ИС; Целостность согласованность функционирования подсистем системы в целом. Состав информационной системы: Информационную среду совокупность систематизированных и организованных специальным образом данных и знаний; Информационные технологии. Классификация ИС по назначению Информационно – управляющие – системы для сбора и обработки информации необходимой для управления организацией предприятием...
19330. РАЗРАБОТКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ТРАНСПОРТНОЙ ЛОГИСТИКИ НА ЯЗЫКЕ C# 476.65 KB
  Язык программирования — формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под ее управлением.
9186. Процесс работы вычислительной системы и связанные с этим понятия 112.98 KB
  Рассмотрим следующий пример. Два студента запускают программу извлечения квадратного корня. Один хочет вычислить квадратный корень из 4, а второй – из 1. С точки зрения студентов, запущена одна и та же программа; с точки зрения компьютерной системы, ей приходится заниматься двумя различными вычислительными процессами, так как разные исходные данные приводят к разному набору вычислений.
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.