lection 1 (2013) (Презентации лекций)

Лекция 1. Введение в курсФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫСОВРЕМЕННЫХ ЭВМФакультет ВМК, 4-й курс, 431 группа, 7-й семестрЛекции 3 часа в неделю (1 лекция в неделю);семинары 1 час в неделю (начиная с 3-ей недели); зачетАвторы курса:доцентдоцентпрофессорВ.Б. МорозовК.В. РуденкоВ.В. ШуваловПрограмма курса может быть выслана по электронной почте (формат WinWord7.0, файл *.doc) при поступлении запроса по адресу vsh@vsh.phys.msu.suлибо загружена в формате Adobe Acrobat (файл *.pdf) с сайта курсаhttp://comp.ilc.edu.ruФизические основы современных ЭВМ. ВМиК.

http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсЛекцииРуденко Константин Валентинович,физический факультет МГУ, доцентkroky@kroft.ru, (495) 939-1980Морозов Вячеслав Борисович,физический факультет МГУ, доцентmorozov@phys.msu.ru, (495) 939-1934Шувалов Владимир Владимирович,физический факультет МГУ, профессорvsh@vsh.phys.msu.su, (495) 939-503535Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсСеминарские занятия(коллоквиумы)Ожередов Илья Александрович,физический факультет МГУ,старший преподавательilya@lasmed.phys.msu.ru, (495) 939-1106Лекции:Пятница, 2-я и первая половина 3-ей парыначало 10-30, ауд. 6-09Семинары:Пятница, вторая половина 3-ей пары (начиная с 3-ей недели)начало 13-40, ауд. 6-09Физические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсЦель курсаОзнакомить слушателей с физическимипринципами, элементной базой и основамифункционирования современных ЭВМЗачем?(компьютеров)Подход «домохозяйки»: работает и слава богуили не работает - значит не слава богу.Основной минус – отсутствуют ответы наэлементарные вопросы:- что надо купить?- что с этим дальше можно будет делать?- чего с этим дальше нельзя будет делать?- когда все это придется выбросить?.

. . . . . . . . .Квалифицированный подход предполагаетоптимальное решение всех этих проблем, т.к.Вы имеете нужную информацию для того,чтобы сделать разумный и оптимальный выборФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсСайт курсаосновная страницаhttp://comp.ilc.edu.ru/Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсhttp://comp.ilc.edu.ru/assets/files/program_comp_2011.pdfСайт курсапрограммаФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсСайт курсаматериалыhttp://comp.ilc.edu.ru/materials.htmlФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсhttp://comp.ilc.edu.ru/conspect.htmlСайт курсаматериалыФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсСайт курсаблогhttp://compblog.ilc.edu.ru/Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсhttp://compblog.ilc.edu.ru/page/rules/Сайт курсаправила блогаФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсВведение в курсКомпьютер и информация:некоторые определения и история развития вычислительной техники,поколения компьютеров и их элементная база.Экспоненциальное развитие и закон Мура.Роль полупроводниковых (ПП) материалов в элементной базе современных ЭВМ.Преимущества сверхбольших интегральных схем (СБИС) перед дискретнымикомпонентами.Технологическая база СБИС и степень интеграции.

Фотолитография.Воспроизводимость параметров и минимальный топологический размер.Основные направления развития СБИС:кремниевые МОП структуры,арсенид - галлиевые и металл - полупроводниковые структуры.Перспективы развития микроэлектроники.Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсКомпьютер и информацияКомпьютер («вычислитель») = ЭВМ (электроннаявычислительная машина) – вычислительнаямашина, предназначенная для передачи, хранения иобработки информации по заранее определеннымалгоритмамВ настоящее время аббревиатура ЭВМ в основномиспользуется как правовой термин, а также дляобозначения компьютерной техники 1940-х - 1970-хгодов, преимущественно советского производстваКомпьютер PDP-11/40Компьютеры используются и для управленияинформацией, но и эти задачи также сводятся к некимпоследовательностям вычисленийФизические основы современных ЭВМ. ВМиК.

http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсКомпьютер и информацияКомпьютер может функционировать за счётперемещения механических частей, движенияэлектронов, фотонов, других частиц либоиспользования каких-то других физических эффектовАрхитектура компьютера может непосредственномоделировать решаемую проблему, максимальноблизко (в смысле математического описания) отражаяисследуемые физические явления(пример - аналоговые компьютеры)Процессор со снятым кулеромВ большинстве современных компьютеровинформация представляется в двоичной форме,после чего ее обработка сводится к применениюпростой алгебры логики (булевых операций)Физические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсКомпьютер и информацияИнформация (от informatio - осведомление, разъяснение,изложение) - абстрактное понятие, имеющее множествозначений, зависящих от контекста. В узком смысле этоготермина - сведения (сообщения, данные) независимо отформы их представленияИнформация намагнитном носителеОбщего определения термина информация нет.

С точкизрения разных областей знания он описывается своимиспецифическими наборами признаков. Достаточно частоэтот термин можно трактовать, как совокупность данных,зафиксированных на каком-то носителе, сохраненных ираспространяемых во времени и в пространствеФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсКомпьютер и информацияИнформацию можно классифицировать, например, по1) способу восприятиявизуальная - воспринимаемая органами зрения,аудио - органами слуха,тактильная - тактильными рецепторами,обонятельная - обонятельными рецепторами,вкусовая - вкусовыми рецепторами и т.д.2) форме представлениятекстовая - передаваемая в виде символов,обозначающих языковые лексемы,числовая - в виде цифр и знаков, обозначающихматематические действия,графическая - в форме изображений,звуковая - в виде передачи языковых лексем аудиопутём и т.д.Физические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсКомпьютер и информацияПусть мы имеем некоторую неопределенность, исуществует N вариантов разрешения этойнеопределенности. Пусть каждый вариант имееттакже некую вероятность разрешения, тогдаколичество информации можно рассчитать поформуле, предложенной Шенноном:где I - количество информации; N - количество исходов;- вероятности исхода.Для равновероятных событий формула упрощаетсяКлод Элвуд ШеннонКоличество информации измеряется в битах(Binary digiT) и байтах. Обычно байт равен 8 битам.И если бит позволяет выбрать один равновероятныйвариант из двух возможных, то байт – уже 1 из 256Физические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсИстория развития вычислительной техники3000 лет до н.э. - Древний Вавилон, первые счеты –абак,500 лет до н.э. - Китай, более прогрессивный вариантабака с косточками на соломинках – суаньпань,XVI век – Россия, счеты с 10 деревянными шарикамина проволокеРеконструкция абака, Рим87 год до н.э.

- Греция, механический астрономическийвычислитель на основе зубчатых передач,1492 год - Леонардо да Винчи, 13-разрядное суммирующееустройство с десятизубцовыми кольцами,1623 год - Вильгельм Шиккард, устройство на базе зубчатыхколес для сложения и вычитания шестиразрядных чисел.Логарифмический круг1630 год - Ричард Деламейн, круговая логарифмическаялинейкаФизические основы современных ЭВМ. ВМиК.

http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсИстория развития вычислительной техники1642 год – Паскаль, механическое цифровое устройство длясуммирования и вычитания пятиразрядных чисел1673 год –Лейбниц, механический калькулятор для сложения,вычитания, умножения и деления в двоичной системеУстройство Паскаля1723 год – Христиан Герстен, арифметическая машина свозможностью контроля за правильностью ввода данных1786 год – Иоганн Мюллер, разностная машина наступенчатых валиках Лейбница, выполняющая четыреарифметических действия над 14-разрядными числами.1801 год – Жозеф Мари Жаккар, ткацкий станок спрограммным управлением, заданным с помощью перфокартСтанок ЖаккараФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1.

Введение в курсИстория развития вычислительной техники1820 год – Тома де Кальмар, промышленный выпускарифмометров1822 год – Чарльз Бэббидж, разностная машина дляавтоматического построения математических таблиц1876 год – П.Л. Чебышев, суммирующий аппарат (т.н.арифмометр Чебышева)Арифмометр 1932 года выпуска1884 – 1887 годы – Холлерит, электрическаятабулирующая система (переписи населения США иРоссии)1912 год – А.Н. Крылов, машина для интегрированияобыкновенных дифференциальных уравненийЧасть разностной машиныБэббиджа1927 год – Массачусетский технологический институт,аналоговый компьютерФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсИстория развития вычислительной техники1938 год – Конрад Цузе, программируемыемеханические цифровые машины Z1 и Z21941 год - Конрад Цузе, Z3 - первая свободнопрограммируемая в двоичном кодевычислительная машина, обладающая всемисвойствами современного компьютераВоссозданный Z31943 год – Англия, вычислительная машина Колосс(расшифровка кодов фашистской Германии)1944 год – Конрад Цузе, Z4 – первый компьютер спрограммированием на языке высокого уровня1946 год - первая универсальная электроннаяцифровая вычислительная машина ЭНИАКЭНИАК1949 год – США, вычислительная машина Марк 1(для баллистических расчётов)Физические основы современных ЭВМ. ВМиК.

http://comp.ilc.edu.ruЛекция 1. Введение в курсПоколения компьютеров и их элементная базаКлассификацию поколений компьютеров проводят на основетехнологий, используемых при их создании.Первые вычислительные машины были чисто механическимиустройствами. Однако уже в 30-х годах ХХ века в компьютерахначинают использоваться электромеханические компоненты –реле.Механические и электромеханические системы относят к т.н.нулевому поколению компьютеров.Принцип действия релеФизические основы современных ЭВМ.