Самостоятельная работа №3. Тема 2.1 Архитектура вычислительных систем (1ч)
Тема 2.1 Архитектура вычислительных систем (1ч)
Цель: получить более глубокие знания по данной теме, научиться составлять и правильно оформлять сообщения.
Задание 1.Подготовить сообщение на тему «Информатика в лицах – Джон фон Нейман». Правила написания сообщения и оформление смотри в указаниях по составлению сообщения.
Указания по составлению, оформлению и критериям оценки сообщения смотрите в пункте 3.4.
Форма контроля:
- проверка выполненного задания в устной, письменной или электронной форме.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое компьютер?
2. Назовите принципы работы компьютера.
3. Что такое архитектура ЭВМ?
4. Описать принцип фон Неймана в построении компьютера.
5. Описать архитектуру современного компьютера.
6. Что такое шина, из чего она состоит?
7. Что такое системная плата?
8. Что такое контроллер (адаптер)?
Сообщение на тему «Информатика в лицах – Джон фон Нейман»
Джон фон Нейман (von Neumann) (1903 — 57) — американский математик. Внес большой вклад в создание первых ЭВМ и разработку методов их применения.
Родом из Венгрии, сын преуспевающего будапештского банкира, фон Нейман был продуктом той интеллектуальной среды. из которой вышли такие выдающиеся физики, как Эдвард Теллер, Лео Сциллард, Денис Габор и Юджин Вигнер. Джон выделялся среди них своими фенеменальными способностями. В 6 лет он перебрасывался с отцом остротами на древнегреческом, а в 8 освоил основы высшей математики. В возрасте 20—30 лет, занимаясь преподавательской работой в Германии, он внес значительный вклад в развитие квантовой механики — краеугольного камня ядерной физики, и разработал теорию игр — метод анализа взаимоотношений между людьми, который нашел широкое применение в различных областях, от экономики до военной стратегии. На протяжении всей жизни он любил поражать друзей и учеников своей способностью производить в уме сложные вычисления. Он делал это быстрее всех, вооруженных бумагой, карандашом и справочниками. Когда же фон Нейману приходилось писать на доске, он заполнял ее формулами, а потом стирал их настолько быстро, что однажды кто-то из его коллег, понаблюдав за очередным объяснением, пошутил: "Понятно. Это доказательство методом стирания".
Ю. Вигнер, школьный товарищ фон Неймана, лауреат Нобелевской премии, говорил, что его ум — это "совершенный инструмент, шестеренки которого подогнаны друг к другу с точностью до тысячных долей сантиметра". Это интеллектуальное совершенство было сдобрено изрядной долей добродушной и весьма привлекательной экцентричности. В поездках он порой так глубоко задумывался о математических проблемах, что забывал, куда и зачем должен ехать, и тогда приходилось звонить на работу за уточнениями.
Фон Нейман настолько легко и непринужденно чувствовал себя в любой обстановке, как на работе, так и в обществе, без всяких усилий переключаясь от математических теорий к компонентам вычислительной техники, что некоторые коллеги считали его "ученым среди ученых", своего рода "новым человеком", что, собственно, и означала его фамилия в переводе с немецкого. Теллер как-то в шутку сказал, что он "один из немногих математиков, способных снизойти до уровня физика". Сам же фон Нейман не без юмора объяснял свою мобильность тем, что он родом из Будапешта: "Только человек, родившийся в Будапеште, может, войдя во вращающиеся двери после вас, выйти из них первым".
Интерес фон Неймана к компьютерам в какой-то степени связан с его участием в сверхсекретном Манхэттенском проекте по созданию атомной бомбы, который разрабатывался в Лос-Аламосе, шт. Нью-Мексико. Там фон Нейман математически доказал осуществимость взрывного способа детонации атомной бомбы. Теперь он размышлял о значительно более мощном оружии — водородной бомбе, создание которой требовало очень сложных расчетов.
Однако фон Нейман понимал, что компьютер — это не больше, чем простой калькулятор, что — по крайней мере потенциально — он представляет собой универсальный инструмент для научных исследований. В июле 1954 г., меньше чем через год после того, как он присоединился к группе Моучли и Эккерта, фон Нейман подготовил отчет на 101 странице, в котором обощил планы работы над машиной EDVAC. Этот отчет, озаглавленный "Предварительный доклад о машине EDVAC" представлял собой прекрасное описание не только самой машины, но и ее логических свойств. Присутствовавший на докладе военный представитель Голдстейн размножил доклад и разослал ученым как США, так и Великобритании.
Благодаря этому "Предварительный доклад" фон Неймана стал первой работой по цифровым электронным компьютерам, с которым познакомились широкие круги научной общественности. Доклад передавали из рук в руки, из лаборатории в лабораторию, из университета в университет, из одной страны в другую. Эта работа обратила на себя особое внимание, поскольку фон Нейман пользовался широкой известностью в ученом мире. С того момента компьютер был признан объектом, представлявшим научный интерес. В самом деле, и по сей день ученые иногда называют компьютер "машиной фон Неймана".
Читатели "Предварительного доклада" были склонны полагать, что все содержащиеся в нем идеи, в частности, принципиально важное решение хранить программы в памяти компьютера, исходили от самого фон Неймана. Мало кто знал, что Моучли и Эккерт говорили о программах, записанных в памяти, по крайней мере за пол-года до появления фон Неймана в их рабочей группе; большинству неведомо было и то, что Алан Тьюринг, описывая свою гипотетическую универсальную машину, еще в 1936 г. наделил ее внутренней памятью. В действительности, фон Нейман читал классическую работу Тьюринга незадолго до войны.
Увидев, сколько шума наделал фон Нейман и его "Предварительный доклад", Моучли и Эккерт были глубоко возмущены. В свое время по соображениям секретости они не смогли опубликовать никаких сообщений о своем изобретении. И вдруг Голдстейн, нарушив секретность, предоставил трибуну человеку, который только-только присоединился к проекту. Споры о том, кому должны принадлежать авторские права на EDVAC и ENIAC привели в конце концов к распаду рабочей группы.
В дальнейшем фон Нейман работал в Принстонском институте перспективных исследований, принимал участие в разработке нескольких компьютеров новейшей конструкции. Среди них была, в частности, машина, которая использовалась для решения задач, связанных с созданием водородной бомбы. Фон Нейман остроумно окрестил ее "Маньяк" (MANIAC, аббревиатура от Mathematical Analyzer, Numerator, Integrator and Computer — математический анализатор, счетчик, интегратор и компьютер). Фон Нейман был также членом Комисcии по атомной энергии и председателем консультативного комитета ВВС США по баллистическим ракетам.
Умер фон Нейман в возрасте 54 лет от саркомы.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое компьютер?
2. Назовите принципы работы компьютера.
3. Что такое архитектура ЭВМ?
4. Описать принцип фон Неймана в построении компьютера.
5. Описать архитектуру современного компьютера.
6. Что такое шина, из чего она состоит?
7. Что такое системная плата?
8. Что такое контроллер (адаптер)?
Ответы
1.Компью́тер«вычислитель») — устройство или система, способное выполнять заданную чётко определённую изменяемую последовательность операций. Это чаще всего операции численных расчётов и манипулирования данными, однако сюда относятся и операции ввода-вывода. Описание последовательности операций называется программой
2. Компьютер – это техническое средство преобразования информации, в основу работы которого заложены те же принципы обработки электрических сигналов, что и в любом электронном устройстве:
входная информация, представленная различными физическими процессами, как электрической, так и неэлектрической природы (буквами, цифрами, звуковыми сигналами и т.д.), преобразуется в электрический сигнал;
сигналы обрабатываются в блоке обработки;
с помощью преобразователя выходных сигналов обработанные сигналы преобразуются в неэлектрические сигналы (изображения на экране).
3. Архитекту́ра компью́тера — набор типов данных, операций и характеристик каждого отдельно взятого уровня. Архитектура связана с программными аспектами. Аспекты реализации (например, технология, применяемая при реализации памяти) не являются частью архитектуры[1].
4.Принципы фон Неймана
1.Принцип двоичного кодирования.
Для представления данных и команд используется двоичная система счисления.
2.Принцип однородности памяти.
Как программы (команды), так и данные хранятся в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той же системе счисления — чаще всего двоичной). Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.
3.Принцип адресуемости памяти.
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
4.Принцип последовательного программного управления.
Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой.
5.Принцип условного перехода.
Команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые изменяют последовательность выполнения команд в зависимости от значений данных. Этот принцип был сформулирован задолго до фон Неймана Адой Лавлейс и Чарльзом Бэббиджем, однако он логически включен в фоннеймановский набор как дополняющий предыдущий принцип.