X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

ВВЕДЕНИЕ

В наше время использование информационных систем – это важная составляющая всех предприятий, сложно представить работу предприятий без использования информационных систем.

Объёмы производства в наши дни очень велики, из чего следует, что необходимы средства для быстрой обработки информации и удобной работы с ней. Так же нужна и возможность быстрого обращения к информации, возможность быстрого поиска информации за ограниченное время; реализация математической и логической обработки данных.

Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют усилий крупных коллективов. Расположение этих коллективов может быть разбросано, от разных районов, до разных стран. В решении масштабных задач, например, реализация экономической стратегии, необходимы высокая скорость и удобство обмена информацией между всеми участниками процесса управления экономикой.

Так, как объёмы поступающей на обработку информации очень велики, в наше время используются Электро-Вычислительные Машины (ЭВМ) для обработки этой информации. В данной курсовой работе более подробно рассмотрим, что представляют собой ЭВМ. [1,2].

1 ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Появившись на свет, ЭВМ развивались без остановки. Каждое следующее поколение ЭВМ отличалось от предыдущего множеством свойств. На данный момент выделяют 6 поколений (рисунок 1).

Рисунок 1 – Поколения ЭВМ

ЭВМ первого поколения в качестве элементной базы использовали электронные лампы; оперативная память выполнялась на триггерах, позднее на ферритовых сердечниках; быстродействие было, как правило, в пределах от пяти до тридцати тысяч арифметических операций в секунду; они отличались невысокой надежностью, требовали систем охлаждения и имели значительные габариты.

Процесс программирования требовал хорошего знания архитектуры ЭВМ и ее программных возможностей. По началу на данном этапе использовалось программирование в кодах ЭВМ (машинный код), позже появились ассемблеры и автокоды. Обычно, ЭВМ первого поколения использовались для научно-технических расчетов, а программированием занимался небольшой круг людей, состоящий в основном из физиков, математиков и инженеров-электриков.

Второе поколение ЭВМ началось с ЭВМ RCA-501, которая появилась в 1959 году в США. Она была создана на полупроводниковой базе. Между тем, еще в 1955 году была создана бортовая транзисторная ЭВМ для межконтинентальной баллистической ракеты ATLAS [4,5].

Новая элементная технология позволила резко повысить надежность, снизить габариты и потребляемую мощность, а также значительно повысить производительность. Это позволило создавать ЭВМ с большими логическими возможностями и производительностью, что способствовало распространению сферы применения ЭВМ на решение задач планово-экономических, управления производственными процессами и многих других задач.

В рамках второго поколения все более ясно проявляется дифференциация ЭВМ на малые, средние и большие. Конец 50-х годов характеризуется началом этапа автоматизации программирования, которая привела к появлению языков программирования Fortran (1957 г.), Algol-60 [4,5].

Третье поколение связывается с появлением ЭВМ с элементной базой на интегральных схемах (ИС). Программное обеспечение, которое обеспечивает функционирование ЭВМ во всех режимах работы, стало мощнее. Появились развитые системы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования проектных работ (САПР); большое внимание уделялось созданию пакетов прикладных программ (ППП) различного назначения. Появились новые языки программирования и развивались уже существующие.

Конструктивно-технологической основой ЭВМ четвертого поколения стали большие и сверхбольшие интегральные схемы, которые были созданы в 70-80-х годах. Такие интегральные схемы содержат уже десятки, сотни тысяч и миллионы транзисторов на одном кристалле (чипе).

Самой известной серией ЭВМ четвертого поколения считается IВМ/370, которая в отличие от не менее известной серии IВМ/360 3-го поколения, имеет более развитую систему команд и более широкое использование микропрограммирования. [4,5].

Феномен персонального компьютера (ПК) восходит к созданию в 1965 году, первой мини-ЭВМ PDP-8, появившейся в результате универсализации специализированного микропроцессора для управления ядерным реактором. Машина быстро обрела популярность и стала первым массовым компьютером этого класса. Следующим важным шагом стал переход от мини- к микро-ЭВМ; этот новый структурный уровень Вычислительной Техники формировался на рубеже 70-х годов, после появления возможности создать универсальный процессор на одном кристалле, благодаря большим интегральным схемам. [5].

В соответствии с идеологией развития компьютерных технологий, после четвёртого поколения, которое было построено на сверхбольших интегральных схемах, ожидалось создание следующего поколения, ориентированного на распределенные вычисления, одновременно считалось, что пятое поколение станет базой для создания устройств, способных к имитации мышления

ЭВМ пятого поколения - ЭВМ с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, которые позволяют строить эффективные системы обработки знаний [3,9].

Предполагалось, что ЭВМ пятого поколения будут основаны на принципиально новой элементной базе. Основным их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень, в частности, распознавание речи, образов. Это требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта [6].

Шестое поколение ЭВМ - последующие поколения: оптоэлектронных ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой — с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, которые моделируют архитектуру нейронных биологических систем [9].

2 МОДУЛЬНО-МАГИСТРАЛЬНЫЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ЭВМ

В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип, позволяющий потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить ее модернизацию. Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами (рисунок 2).

Рисунок 2 – Модульная организация компьютера

Магистраль (системная шина) состоит из трёх многоразрядных шин: шины данных, шины адреса и шины управления, представляющих собой многопроводные линии. К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

По шине данных данные передаются между различными устройствами. К примеру, данные, которые считаны из оперативной памяти могут быть переданы процессору для обработки, а после полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Так данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении [7].

Преимуществом модульно-магистрального принципа построения ЭВМ является то, что потребитель может сам комплектовать компьютер, заменяя какую-либо аппаратную составляющую (например, с появлением новой карты оперативной памяти потребитель может заменить ту, которая у него была установлена на более новую, улучшив свою ЭВМ). Также потребитель может не заменить аппаратную составляющую, а добавить к уже имеющейся ещё одну, например, использовать внешние запоминающие устройства для увеличения компьютерной памяти, подключить к ЭВМ дополнительный жесткий диск, что возможно только при модульно-магистральном принципе построения ЭВМ. Рассмотрим внешние запоминающие устройства в рамках модульно-магистрального принципа построения ЭВМ.

2.1 Внешние запоминающие устройства

Внешнее запоминающее устройство (ВЗУ) – устройство которое взаимодействует с компьютером по модульно-магистральному принципу, посредством подключения присоединения к ЭВМ через USB порт.

Внешнее запоминающее устройство— устройство, которое реализует компьютерную память и которое предназначено для записи и хранения данных. Основа работы запоминающего устройства – это любой физический эффект, который сможет обеспечить приведение системы к двум или более устойчивым состояниям [5].

Примерами ВЗУ в рамках модульно-магистрального принципа взаимодействия с ЭВМ, могут служить флеш-накопители и жесткие диски. Их преимущество в том, что их можно легко отсоединять от ЭВМ и присоединять к другому ЭВМ, что позволяет пользоватсья информацией, которая хранится на них, с любого ЭВМ.

USB-флеш-накопитель – это запоминающее устройство, которое использует флеш-память в качестве носителя и подключается к компьютеру или другому считывающему устройству через USB.

Внешний жёсткий диск — портативное запоминающее устройство. Название унаследовано от накопителей на жёстких магнитных дисках и не подразумевает обязательного наличия каких-либо дисков в устройстве [5, 9].

2.2 Принцип работы внешних запоминающих устройств

Компьютерная память состоит из двоичных запоминающих элементов, являющихся группами битов (по 8 бит или байты), являющиеся единицами измерения памяти и единицами измерения информации. Байты имеют нумерацию. Номера байтов - это их адресами. Байты могут объединяться в ячейки, которые называются также словами. Каждый компьютер имеет определённую длину слова (2, 4 или 8 байтов). Но возможность использования ячеек памяти другой длины не является исключённой и имеет место быть.

Ячейки компьютерной памяти фиксируют разные физические воздействия. Они функционально аналогичны обычному электромеханическому переключателю. Информация в них записывается в виде двух состояний (0 - выключено, 1 - включено). Процесс доступа к памяти разбит на разделённые во времени процессы: операцию записи информации и операцию чтения информации, проходящие, чаще всего, находясь под управлением специального устройства (контроллера памяти). Также различают операцию стирания памяти, что является занесением в ячейки памяти одинаковых значений, обычно это FF16или 0016 [5].

3 КЛАССИЧЕСКАЯ АРХИТЕКТУРА ЭВМ

Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав персонального компьютера (ПК), так и программно–математическое обеспечение. Структура ЭВМ является совокупностью элементов и связей между этими элементами. Основной принцип построения современных ЭВМ - это программное управление. Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую архитектуру ЭВМ.

Компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, управляющее устройство, память, внешняя память, устройства ввода и вывода). Арифметико-логическое устройство нужно для совершения арифметических и логических действий, которые нужны для обработки информации, которая хранится в памяти компьютера. Управляющее устройство обеспечивает контроль и управление всех компьютерных устройств.

Данные, хранящиеся в запоминающем устройстве, представлены в виде двоичного кода. Программа, задающая работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве. Для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода [8].

Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы, который требует, чтобы программа закладывалась в память машины так же, как в нее закладывается исходная информация.

Арифметико-логическое устройство и устройство управления в современных компьютерах образуют процессор ЭВМ. Процессор, состоящий из одной или нескольких больших интегральных схем, называется микропроцессором или микропроцессорным комплектом.

Процессор – это функциональная составляющая ЭВМ, которая выполняет основные операции по обработке данных и управлению работой других блоков. Процессор является преобразователем информации, которая поступает из памяти и внешних устройств.

Запоминающие устройства обеспечивают хранение исходных и промежуточных данных, результатов вычислений, а также программ. Они включают в себя: постоянные (ПЗУ), внешние (ВЗУ), оперативные (ОЗУ), сверхоперативные (СОЗУ) запоминающие устройства [5,8].

Оперативные записывающие устройства хранят информацию, с которой компьютер работает в данное время. В сверхоперативных записывающих устройствах хранятся данные, которые процессор использует чаще всего. Только информация, хранящаяся в сверхоперативном записывающем устройстве и оперативном записывающем устройстве, непосредственно доступна для процессора.

Внешние запоминающие устройства, (накопители на магнитных дисках, например, жесткий диск или винчестер) имеющие ёмкость гораздо большую, чем оперативные записывающие устройства, но так же имеющие более медленный доступ к данным. Они используются для длительного хранения информации большого объёма. К примеру, операционная система (ОС) хранится на жестком диске, но при запуске компьютера резидентная часть операционной системы загружается в оперативное записывающее устройство и находится в нём до тех пор, пока сеанс работы компьютера не завершится.

ПЗУ (постоянные запоминающие устройства) и ППЗУ (перепрограммируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, записывающейся туда при ее изготовлении, например, ППЗУ для BIOS.

В качестве устройства ввода информации может служить, к примеру, клавиатура. В качестве устройства вывода информации может служить, например, дисплей или принтер [8].

4 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭВМ

Компьютеры могут быть классифицированы по ряду различных признаков, например по принципу действия, по назначению, по способам организации вычислительного процесса, по размерам и по вычислительной мощности, также по функциональным возможностям, по способности к параллельному выполнению программ и многим другим признакам.

Учитывая вышеперечисленные признаки, можно по разному классифицировать ЭВМ, рассмотрим следующую классификацию:

- Классификация ЭВМ по принципу действия;

- Классификация ЭВМ по назначению;

- Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям.

Классификация ЭВМ по принципу действия. Электронная вычислительная машина, компьютер - комплекс технических средств, которые предназначены для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

По принципу действия вычислительные машины принято делить на три больших класса:

- Аналоговые (АВМ);

- Цифровые (ЦВМ);

- Гибридные (ГВМ).

Критерием деления вычислительных машин на эти три класса является форма, в которой представляется информация, с которой работают вычислительные машины.

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ) - вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, которая представлена в цифровой форме, или говоря иначе, в дискретной форме [3,9, 10].

Аналоговые вычислительные машины (АВМ) – вычислительные машины непрерывного действия, которые работают с информацией, которая представлена в непрерывной (аналоговой) форме, иначе говоря, в виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины.

Гибридные вычислительные машины (ГВМ) - вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной как в цифровой форме, так и в аналоговой форме; они совмещают достоинства аналоговых вычислительных машин и цифровых вычислительных машин. Гибридные вычислительные машины используются для решения задач управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Более широкое применение, по сравнению с другими вычислительными машинами, получили цифровые вычислительные машины с электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, которые называют электронными вычислительными машинами (ЭВМ), не упоминая об их цифровом характере.

Классифицируя ЭВМ по назначению, можно выделить три группы:

– Универсальные (общего назначения);

– Проблемно-ориентированные;

– Специализированные.

Универсальные ЭВМ решают самые различные технические задачи: информационные, математические, и другие задачи, которые отличаются сложностью алгоритмов и объёмом обрабатываемых данных. Они широко используются в вычислительных центрах коллективного пользования и в других мощных вычислительных комплексах.

Проблемно-ориентированные ЭВМ нужны для решения более узкого круга задач, которые связаны с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам; они обладают ограниченными по сравнению с универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами. К проблемно-ориентированным ЭВМ можно отнести, всевозможные управляющие вычислительные комплексы.

Специализированные ЭВМ используются для решения узкого крута задач или реализации определённых функций. Узко-ориентированные ЭВМ дают возможность ясно специализировать их структуру, упростить их и уменьшить цену на ЭВМ, сохранив высокую производительность и надёжность ЭВМ. Специализированными ЭВМ можно считать, к напримеру, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, которые выполняют логические функции управления отдельными техническими устройствами [3,5,9].

По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить на:

сверхбольшие (суперЭВМ);

большие (Mainframe);

малые;

сверхмалые (микроЭВМ).

Персональные компьютеры можно классифицировать по типоразмерам: 1) настольные 2) портативные, 3) карманные.

Настольные модели являются более распространёнными и отличаются тем, что можно легко изменять конфигурации, благодаря подключению дополнительных внешних приборов и установки дополнительных внутренних компонентов.

Портативные модели удобно транспортировать, в связи с чем, их часто используют бизнесмены и руководители предприятий, которым часто приходится быть в командировках. С портативным компьютером можно работать не имея рабочего места. Портативные компьютеры также можно использовать, в качестве средства связи. Подключив портативный компьютер к телефонной сети, можно установить обмен данными между своим портативным компьютером и центральным компьютером своей организации из любой географической точки.

Карманные модели компьютеров выполняют функции «интеллектуальных записных книжек». Они дают возможность хранить оперативные данные, а также получать быстрый доступ к ним. Существуют корманные модели компьютеров, у которых жестко встроенное программное обеспечение, что снижает возможность выбора прикладных программ, но облегчает непосредственную работу.

Многопользовательские микроЭВМ – являются мощными микроЭВМ, которые оборудованы несколькими видеотерминалами и функционируют в режиме разделения времени, благодаря чему, на них могут эффективно выполнять работу несколько пользователей одновременно.

Персональные компьютеры (ПК) – являются однопользовательскими микроЭВМ, имеющие универсальность применения и общедоступность.

Рабочие станции - это однопользовательские мощные микроЭВМ, которые специализированы на выполнение определенного вида задач.

Серверы – являются многопользовательскими мощными микроЭВМ в вычислительных сетях, которые выделены для обработки запросов от всех станций сети [9, 10].

По уровню специализации компьютеры принято делить на универсальные и специализированные.

На базе универсальных компьютеров собираются вычислительные системы произвольной конфигурации. Таким образом, один и тот же персональный компьютер используется для работы и с текстами, и с музыкой, и с графикой и так далее.

Специализированные компьютеры используются для решения конкретных задач. Специализированными компьютерами считаются бортовые компьютеры автомобилей, самолётов, космических кораблей.

Классификация по совместимости. Существует много различных видов компьютеров, выпускающихся разными производителями, которые собираются из разных деталей, которые имеют разное программное обеспечение. В связи с этим, совместимость разных компьютеров между собой является очень важной проблемой. Совместимость тесно связана с взаимозаменяемостью приборов и узлов, которые предназначены для разных компьютеров. Также от совместимости зависит возможность переноса программ с разных компьютеров друг на друга и возможность совместной работы различных типов компьютеров с одними и теми же данными.

По аппаратной совместимости различают аппаратные платформы. У персональных компьютеров более популярны аппаратные платформы: 1ВМ РС и Аррlе Macintosh. Помимо этих двух аппаратных платформ есть и другие аппаратные платформы, распространёнными в отдельных регионах или отдельных отраслях. Если компьютеры принадлежат к одной и той же аппаратной платформе, то совместимость между ними повысится, а если компьютеры принадлежат разным аппаратным платформам, то будут иметь между собой более плохую.

Классификация по типу используемого процессора. Процессор является основной составляющей любого компьютера. В электронно-вычислительных машинах им является специальный блок, а в персональных компьютерах им является специальная микросхема, выполняющая вычисления. Даже при принадлежности компьютеров к одной аппаратной платформе, компьютеры могут иметь разный тип процессора, который они используют. Тип используемого компьютером процессора влияет на большинство технических свойств и характеристик компьютера [3,9].

Классификация компьютеров по назначению является одной из ранних классификаций компьютеров. Метод классификации компьютеров по назначению связан с применением компьютера. По этому методу компьютеры делят на большие ЭВМ (электронно-вычислительные машины), мини-ЭВМ, микро-ЭВМ, и персональные компьютеры, подразделяющиеся на массовые, деловые, портативные, развлекательные и рабочие станции.

Большие ЭВМ высокую стоимость обслуживания и оборудования, в связи с чем, работа больших ЭВМ (суперкомпьютеров) организована по непрерывному циклу. Самые трудоемкие и продолжительные вычисления производят в ночное время, когда количество обслуживающего персонала является минимальным. В дневные часы ЭВМ производит не трудные, но многочисленные задачи. Для того, чтобы повысить эффективность, компьютер выполняет несколько задач, работая с несколькими пользователями одновременно. Он поочередно переключается с задачи на задачу настолько быстро, что у каждый пользовател думает, что компьютер обрабатывает только его запросы. Распределение ресурсов таким образом называется принципом разделения времени.

Мини-ЭВМ отличаются от больших ЭВМ соответственно меньшими размерами, меньшей стоимостью и меньшей производительностью. Мини-ЭВМ применяются крупными предприятиями, банками, научными учреждениями и высшими учебными заведениями, которые сочетают в себе учебную деятельность и научную.

На промышленных предприятиях мини-ЭВМ используются для управления промышленными процессами, производством и для выполнения других задач, таких как осуществлять контроль себестоимости продукции, помогать в оптимизации времени, затрачиваемого на технические операции, также помогает автоматизировать проектирование станочных приспособлений, вести учёт документов, подготавливать экономические отчёты для налоговой. Для организации работы с мини-ЭВМ необходим специальный вычислительный центр, хоть и менее многочисленный по сравнению с требованиями к большим ЭВМ.

Микро-ЭВМ являются компьютерами, класс которых доступен для предприятий. Организации, которые используют микро-ЭВМ, как правило не создают вычислительные центры. Для обслуживания мини-ЭВМ им хватает и маленькой вычислительной лаборатории и несколько человек, среди которых обязательно должен быть программист, хоть они и не будут разрабатывать программы напрямую. Системные программы, которые необходими для мини-ЭВМ, покупаются вместе с компьютером, а создание прикладных программ поручается крупным вычислительным центрам.

Персональные компьютеры (ПК) – эта категория компьютеров получила особо бурное развитие в течение последних двадцати лет. Из названия видно, что такой компьютер предназначен для обслуживания одного рабочего места. Как правило, с персональным компьютером работает один человек. Несмотря на свои небольшие размеры и относительно невысокую стоимость, современные персональные компьютеры обладают немалой производительностью. Многие современные персональные модели превосходят большие ЭВМ 70-х годов, мини-ЭВМ 80-х годов и микро-ЭВМ первой половины 90-х годов. Персональный компьютер (Personal Computer, РС) вполне способен удовлетворить большинство потребностей малых предприятий и отдельных лиц [3,9].

Персональные компьютеры можно классифицировать по ряду признаков.

По поколениям персональные компьютеры делятся следующим образом:

ПК 1-го поколения - используют 8-битные микропроцессоры;

ПК 2-го поколения - используют 16-битные микропроцессоры;

ПК 3-го поколения - используют 32-битные микропроцессоры;

ПК 4-го поколения - используют 64-битные микропроцессоры;

ПК 5-го поколения - используют 128-битные микропроцессоры.

Согласно спецификации РС99 большинство персональных компьютеров, присутствующих в настоящее время на рынке, попадают в категорию массовых ПК. Для деловых ПК минимизированы требования к средствам воспроизведения графики, а к средствам работы со звуковыми данными требования вообще не предъявляются. Для портативных ПК обязательным является наличие средств для создания соединений удаленного доступа, то есть средств компьютерной связи. В категории рабочих станций повышены требования к устройствам хранения данных, а в категории развлекательных ПК – к средствам воспроизведения графики и звука.

Таким образом, в заключение можно сказать следующее. На настоящий момент существует множество систем и методов, принципов и оснований классификации ЭВМ. В данной работе были приведены наиболее распространенные классификации ЭВМ [9].

Таким образом, ЭВМ классифицируются по назначению (большие ЭВМ, мини-ЭВМ, микро-ЭВМ, персональные компьютеры), по уровню специализации (универсальные и специализированные), по типоразмерам (настольные, портативные, карманные, мобильные), по совместимости, по типу используемого процессора и многим другим своим признакам.

5 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ НА ЯЗЫКЕ АССЕМБЛЕРА 5.1 Постановка задачи и разработка алгоритма

Даны два одномерных массива одинаковой размерности. Массивы заполнить случайными числами. Сформировать третий массив следующим образом: первый элемент берётся из первого массива, второй элемент из второго массива и так далее. Полученный массив отсортировать по возрастанию и найти произведение всех элементов полученного массива.

Создать массив «a» размерностью 5;

Создать массив «b» размерностью 5;

Создать массив «c» размерностью 10;

Заполнить массив «a случайными числами;

Заполнить массив «b» случайными числами;

Сформировать массив «c»;

Вывести массивы «a», «b», «c»;

Отсортировать массив «с» в порядке возрастания значения элементов;

Найти произведение элементов массива «c».

5.2 Формализация алгоритма

Ниже представлен код программы:

#include "iostream"

#include

#include

#include

void main() {

setlocale(0, "rus");

int a[5]; int b[5]; int c[10];

int summ=0;

srand(time(NULL));

for(int i=0; i

Код для цитирования: Скопировать