Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура электронно-вычислительных машин и систем (2004)

Московский международный институт эконометрики,информатики, финансов и праваПопов И.И.Матвеев А.А.Максимов Н.В.Архитектура электронновычислительных машин и системМосква 2004Попов И.И., Матвеев А.А., Максимов Н.В. Архитектура ЭВМ исистем.

Учебное пособие. – М., Московский международный институтэконометрики, информатики, финансов и права, 2004. Попов И.И., 2004 Матвеев А.А., 2004 Максимов Н.В., 2004 Московский международный институт эконометрики, информатики,финансов и права, 2004.2СодержаниеВведение................................................................................................... 41.

Вычислительные приборы и устройства. Алгоритмы ивычисления............................................................................................... 82. Архитектура и структура вычислительных машин и систем ..... 1043. Периферийные устройства: накопители массивовинформации (ВЗУ) .............................................................................. 2314. Периферийные устройства: средства интерактивноговзаимодействия (ввод-вывод данных и управлениекомпьютером) ......................................................................................

2985. Периферийные устройства: ввод-вывод текстовой, графической,мультимедиа- информации ................................................................ 3536. Персональные компьютеры. Процессор, главная память........... 4167. Персональный компьютер. Интерфейсы ...................................... 517Приложение 1. Глоссарий терминов и сокращений.(Русский язык) .....................................................................................

592Приложение 2. Глоссарий терминов. (Английский язык) .............. 612Приложение 3. Хронология информатики и вычислительнойтехники ................................................................................................. 632Приложение 4. Основная таблица ASCII - символов и ихкодировки............................................................................................. 639Приложение 5.

Кодовая таблица MICROSOFT CODE PAGE 866(СР-866) ................................................................................................ 646Приложение 6. Таблица транскрипции "Кириллица-латиница" .... 648Приложение 7. Некоторые базовые конфигурации ПЭВМ ............ 649Заключение .......................................................................................... 654Литература ...........................................................................................

6583ВведениеЧеловек научился добывать и поддерживать огонь 30 − 40 тысячлет назад. Однако только примерно в середине XVIII столетия он смогиспользовать это умение для создания первых паровых машин.Промышленная революция конца XVIII − начала XIX века самымрадикальным образом преобразовала производство. Руки и физическуюсилу человека постепенно заменили механизмы, машины, станки.Научное и промышленное применение электричества, разработка ииспользование приборов и средств автоматизации позволили уже в XXвеке не только механизировать, но и автоматизировать многиетехнологические процессы. Одновременно нарастание объемаинформации, связанное с бурным развитием науки, усложнениемтехники и технологии, ускорением темпов развития производства иобщественной жизни, привело к такому же увеличению затрат нервнойэнергии и умственного труда. В ряде случаев, особенно в сфереуправления производством, экономикой и социальными процессами,уже невозможно было обходиться без совершенных техническихсредств, способных взять на себя часть интеллектуальной работы.Необходимо было передать автоматам значительную долюинформационной деятельности человека: восприятие обстановки,понимание знаков, способность рассуждать, сопоставлять, оценивать,ставить цели, принимать решения и находить пути к их достижению.Таким универсальным “информационным автоматом” и стал компьютер.Но человечество прошло большой и трудный исторический путьдо того, как достигло современного уровня развития и применениякомпьютеров, информационных и сетевых технологий.В далеком доисторическом прошлом люди считали на пальцах илиделали насечки на костях.

Древнейшим “счетным инструментов”,который был представлен самой природой в распоряжение человека,была его собственная рука. На заре человеческой цивилизации былиизобретены различные системы счисления, позволяющие осуществлятьторговые сделки, рассчитывать астрономические циклы, проводитьдругие вычисления. Спустя несколько тысячелетий появились первыеручные вычислительные средства.В наши дни сложнейшие вычислительные задачи, как и множестводругих операций, казалось бы, не связанных с числами, решаютсяименно при помощи компьютера.

Это еще один инструмент,придуманный для того, чтобы облегчить наш труд, увеличитьэффективность и качество выполняемых работ и повыситьпроизводительность труда. Он по существу обладает однимединственным талантом - реагировать с высокой быстротой наимпульсы электрического напряжения. Истинное величие заключено вчеловеке, его гении, который нашел способ преобразовыватьразнообразную информацию, поступающую из реального мира, в4последовательность нулей и единиц двоичного кода, то есть записыватьее на математическом языке, идеально подходящем для электронныхсхем компьютера. Однако ни одна другая машина в истории не принеслав наш мир столь быстрых и глубоких изменений (посадка аппаратов наповерхность луны и исследование планет Солнечной системы,управление медицинской аппаратурой в операционных, решениесложных экономических и управленческих задач, принятияуправленческих решений, управление телефонными станциями и многоедругое).Читателю,знакомомуссовременнымикомпьютерами,механические счетные машины и приборы покажутся, пожалуй,жалкими или забавными устройствами и приборами.

Однако,ознакомившись с историей счетных машин, можно увидетьпоразительную изобретательность, хитроумие и настойчивость ихсоздателей. Уместно вспомнить слова Блеза Паскаля о том, что длясоздания “арифметической машины” ему потребовалось все ранееприобретенные им знания по геометрии, физике и механике.Закладка фундамента компьютерной революции происходиламедленно и далеко не гладко. Отправной точкой этого процесса можносчитать изобретение счетов (более 1500 лет назад). Они оказались оченьэффективным инструментом и вскоре распространились по всему миру(в некоторых странах применяются и, по сей день). В XVII векеевропейские мыслители были увлечены идеей создания счетныхустройств.В начальном периоде истории изобретения и развития счетныхприборов, устройств и машин можно отметить следующие основныеэтапы:III век - счеты с передвигающимися костяшками позволилиускорить вычисления;1617 год - в счетном устройстве Непера операция умноженияпроизводилась путем сложения чисел, расположенных в прилегающихдруг к другу сегментах (изобретение логарифмов);1642 год - суммирующая машина Паскаля производилаарифметические действия при вращении связанных колес с цифровымиделениями;1673 год - калькулятор Лейбница ускорил выполнение операцийумножения и деления (механический калькулятор);1804 год - в станке Жаккара для управления производственнымиоперациями впервые были использованы перфокарты (ткацкий станокЖаккара, управляемый перфорационными картами и способныйвоспроизводить сложнейшие узоры);1822 год - разностная машина Чарлза Бэббиджа предназначаласьдля расчетов математических таблиц;1834 год - по замыслу Аналитическая машина Бэббиджа должнабыла производить разнообразные вычисления, следуя инструкций;51890 год - табулятор Холлерита предназначался длястатистической обработки перфокарт (система табуляции на базеприменения перфорационных карт).Дальнейшее развитие вычислительной техники шло по путисоздания совершенно нового вида инструментария, которой сужденобыло сыграть огромную роль во всех сферах человеческой деятельности.Вот некоторые основные этапы пути к этой машине будущего:1930 год - дифференциальный анализатор Ванневара Буша, споявлением которого началась современная компьютерная эра;1936 год - Клод Шеннон в своей знаменитой диссертации“соединил”математическуюлогикуиэлектрическиецепи(математическая теория связи и кибернетики);1936 год - Алан Тьюринг опубликовал свою основополагающуюработу “О вычислимых числах” (математическое определение алгоритма− машина Тьюринга);1937 год - Джордж Стибиц построил двоичный сумматор(электромеханическая схема, выполняющая операцию двоичногосложения);1936 − 1941 годы - Конрад Цузе изобрел первый универсальныйкомпьютер (серия электромеханических программируемых цифровыхмашин);1943 год - построенная на электронных вакуумных лампахспециализированная машина, работающая по принципу “машиныТьюринга” (она имела название “Колосс”) принялся за работу, пытаясьрасшифровать секретные немецкие коды;1944 год - Говард Эйкен создал машину “Марк-1”, в которойиспользовались электромеханические реле, программы обработкиданных записывались на перфорационной ленте, а данные вводились вмашину в виде десятичных чисел, закодированных на перфорационныхкартах;1945 год - Джон фон Нейман наметил основные принципы икомпоненты современного компьютера;1946 год - Преспер Экерт и Джон Мочли создали первую мощнуюэлектронную цифровую машину “Эниак” (предназначалась для расчетатраекторий полетов снарядов);1947 год - Изобретен транзистор, способный заменитьэлектронную лампу;1949 год - Английский исследователь Морис Уилкс построилмашину “ЭДСАК” - первый мощный компьютер с программами,хранимыми в памяти;1951 год - вступил в строй первый коммерческий компьютер“ЛЕО”.Работы, выполняемые в 40-х годах XX века по созданиювычислительных машин с программным управлением, ознаменовались6появлением новой фундаментальной области науки − кибернетики,науки об управлении.

Судьба этой науки в нашей стране (в бывшемСССР) была очень сложной. Долгое время она считалась буржуазнойлженаукой. Только в начале 50-х годов прошлого века появились первыесоветские вычислительные машины. Несмотря на это рольотечественных ученых в области кибернетики и вычислительнойтехники неоценима.71. Вычислительные приборы и устройства.Алгоритмы и вычисленияВплоть до XVII века деятельность общества в целом и каждогочеловека в отдельности была направлена на овладение веществом, тоесть познание свойств вещества и изготовление сначала примитивных, апотом все более сложных орудий труда, вплоть до механизмов и машин,позволяющие изготовлять потребительские ценности.Затем в процессе становления индустриального общества напервый план вышла проблема овладения энергией - сначала тепловой,затем электрической, наконец, атомной.