Электронно-вычислительный этап

В начале XX века были созданы технические предпосылки для разработки электронных вычислительных машин (ЭВМ):

– ламповый диод, изобретенный в 1904 г. Дж. Флемингом в Англии;

– ламповый триод, который создал в 1906 г. Ли де Форест (США);

– ламповый триггер –устройство, которое сохраняет одно из двух устойчивых состояний и по сигналу переключается из одного состояния в другое. Открытие триггера было сделано независимо друг от друга М. А. Бонч-Бруевичем (СССР, 1918) и учеными У. Экклзом и Ф. Джорданом (Англия, 1919).

Первые образцы вычислительной техники начали создаваться в 30-х годах прошлого века, а в середине XX века разработкой ЭВМ занимались независимо в Германии, Великобритании, США и СССР. К ЭВМ первого поколения относятся, например:

– электромеханическое устройство ЭНИГМА (Германия, 30-е годы),предназначенное для шифрования военных донесений;

– электронная счетная машина COLOSSUS (Англия, 1943) для расшифровки кодированных сообщений;

– электронный цифровой интегратор ЭНИАК (США, 1944), отличающийся 30-тонным весом и содержащий 18000 электронных ламп.

После Второй мировой войны были созданы ЭВМ с электронной памятью, в том числе, ЭВМ МЭСМ и БЭСМ (СССР, 1951, 1953). В 1965 году в СССР было налажено серийное производство ЭВМ ЕС.

Переход с электронных ламп на транзисторы и в дальнейшем на микропроцессоры значительно ускорил прогресс в развитии ЭВМ. Одним из примечательных результатов развития стало появление первого персонального компьютера Альтаир 8800 (США, 1970).

Поколения ЭВМ

Этап развития электронно-вычислительной техники принято делить на несколько поколений (см. табл.2.1).

Таблица 2.1

Поколения электронно-вычислительных машин

	Номер поколения
I	II	III	IV
Годы применения	1940-50	конец 50-х	60-е годы	70-е и далее
Основной элемент	Электронная лампа	Полупровод-никовые элементы	Интеграль-ная схема	Большая интегральная схема
Количество ЭВМ в мире (шт.)	Десятки	Тысячи	Десятки тысяч	Миллионы
Быстродействие (кол-во операций в секунду)	103-144	104-106	105-107	106-108
Носитель информации	Перфокарта, перфолента	Магнитная лента	Магнитный диск	Оптический компакт- диск

Если для развития счетных устройств на механическом этапе потребовалось несколько столетий, то основы электронно-вычислительной техники были разработаны в течении полувека.

Основные принципы устройства, структура и состав ЭВМ

В процессе развития вычислительной техники первого поколения были сформулированы основные принципы построения ЭВМ (Джон фон Нейман, США, 1945).

1. Принцип двоичного кодирования. В вычислительной технике должна использоваться двоичная система представления данных, в том числе, нечисловых данных ( текст, графика, звук и др.).

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными.

3. Принцип адресуемости памяти. Данные хранятся в памяти вычислительной машины, которая должна быть разделена на нумерованные ячейки.

4. Принцип последовательного программного управления. Все операции процессор должен выполнять по программе в автоматическом режиме.

5. Принцип жесткости архитектуры. В процессе работы топология и архитектуры ЭВМ не меняется, а программа является изменяемой частью машины.

ЭВМ, построенные на этих принципах, имеют классическую архитектуру или архитектуру фон Неймана. Структурная схема такой ЭВМ показана на рис. 2.1. В состав ЭВМ, имеющей классическую архитектуру, входят:

– центральный процессор, предназначенный для управления работой всех блоков ЭВМ, а также выполнения арифметических и логических операций;

		Рис. 2.1. Структурная схема ЭВМ

– арифметико-логическое устройство (АЛУ), предназначенное для выполнения всех операций с числовыми и символьными данными;

– устройство управления (УУ), которое формирует управляющие импульсы и синхронизирует работу всех блоков ЭВМ;

– внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), которое используется для долговременного хранения данных;

– оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), предназначенное для записи, хранения и считывания данных, непосредственно участвующих в информационно-вычислительном процессе;

– устройства ввода и вывода, которые обеспечивают загрузку ЭВМ исходными данными и программами, а также вывод результатов обработки на монитор или принтер.

Лекция 3. Арифметические и логические операции с двоичными числами

Системы счисления

Система счисления —способ записи чисел с помощью заданного набора специальных символов, которые называются цифрами.

Основание системы счисления –количество цифр, используемых для записи чисел.

В математическом аппарате информатики используются десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления (см. табл. 3.1). Все эти системы счисления относятся к системам позиционного типа, в которых величина, обозначаемая цифрой в записи числа, зависит от ее позиции. В системах же непозиционного типа величина числа не зависит от положения цифры, к непозиционным относится, например, римская система счисления.

Таблица 3.1