Слайд 1Технические средства реализации информационных процессов
к.т.н. доцент Зубарев И.В. Кафедра электропривода,
автоматики и управления в технических системах (ЭАУТС)
Слайд 2Ручной – с 5-го тысячелетия до н.э.;
Механический – с середины
17 века;
Электромеханический – с 90-х годов 19 века;
Электронный – с
40-х годов 20 века.
1. Этапы развития ИТ
Слайд 3Для счета используют: пальцы рук, камни, кости. Первые счётные устройства
- абак, счёты.
1) Ручной период развития ИТ
Греко-римский абак
русские счёты
Слайд 4Леонардо да Винчи (16 в.) создал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства.
Слайд 5Джон Непер (нач.17 в): таблицы логарифмов, логарифмическая линейка, «бруски Непера».
Джон
Непер
(1550-1617)
Одна из модификаций брусков Непера
Логарифмические линейки: круглая и прямоугольная
Слайд 6В 1623 г. Вильгельм Шиккард создал 6-разрядную механическую суммирующую машину.
2)
Механический этап развития ИТ
Слайд 7В 1642 г. Блез Паскаль построил механическую 8-разрядную суммирующую машину
«Паскалину».
Паскалина
1623-1662
Слайд 8В 1673 г. Лейбниц изобрел механический калькулятор на базе двоичной
системы счисления.
1646-1716
Слайд 9В 1820 г. была выпущена первая промышленная партия цифровых счетных
машин — арифмометров.
В 1874 г. Однер предложил использовать для
ввода чисел колеса с выдвижными зубьями.
1845-1903
В. Однер
Слайд 10Ж. М. Жаккар в 1804 г. применил для управления ткацким
станком специальную карту с пробитыми в ней отверстиями – перфокарту.
Слайд 11В 1830 г. Чарльз Бэббидж разработал проект аналитической машины, предугадав
все основные устройства современной ЭВМ.
1792-1871
Слайд 12Первым программистом была англичанка Ада Лавлейс - помощница Бэббиджа.
1815-1842
Слайд 13В 1854 г Джордж Буль заложил основы современной математической логики
(булевой алгебры).
Слайд 143) Электромеханический этап развития ИТ
В 1888 г. Герман Холлерит сконструировал
табулятор. В последствии Холлерит станет одним из основателей корпорации IBM.
Герман
Холлерит за пультом табулятора
Слайд 15В 1930 г. американец Ванневар Буш разработал электромеханический аналог компьютера
- дифференциальный анализатор.
Слайд 16В 1936 г. А. Тьюринг и независимо от него Э.
Пост разработали концепцию абстрактной вычислительной машины.
А. Тьюринг
Э. Пост
Слайд 17В 1937 г. Джордж Стибиц (США) создал электромеханический двоичный сумматор
Слайд 18В 1942 г. Джон Атанасофф и Клиффорд Берри создали вычислительное
устройство, работавшее на электронных лампах.
Клиффорд Берри за работой
Джон Винсент
Атанасофф
Слайд 19В 1944 г. Говардом Эйкеном представлена вычислительная машина «Марк-1».
Слайд 201946 г - ENIAC -первая ЭВМ, разработанная сотрудниками университета Пенсильвании
(США) под руководством Джона Моукли и Преспера Эккерта, с участием
математика Джона фон Неймана.
4) Электронный этап
развития ИТ
Джон фон Нейман
Инженеры Моукли и Эккерт
ENIAC
Слайд 21Инженер подключает кабели, при помощи которых осуществлялось программирование машины ENIAC.
Слайд 221948 г. -
Дж. Бардин, У. Бремен и У. Шокли
создали транзистор.
Слайд 23В 1949 г. в Англии создана первая ЭВМ с хранимой
в памяти программой – EDSAC. Конструктор -Морис Уилкис.
Прообраз дисплея:
устройство визуализации на основе нескольких осциллографов.
Первый «полностью электронный» компьютер EDSAC
Так выглядела игра «крестики-нолики» на EDSAC
Слайд 24В том же году Джей Форрестер изобрел магнитное запоминающее устройство.
Память на магнитных сердечниках
Слайд 25В 1951 г. Джон Моукли и Преспер Эккерт создали машину
UNIVAC, предназначенную для коммерческих расчетов (первый серийный компьютер).
Слайд 26«Мать COBOL’а» Грейс М. Хоппер разработала первый компилятор.
1951 год
Математик-шифровальщик штаба USN-6 Грейс Мюррей Хоппер за пультом UNIVAC
Грейс Мюррей
Хоппер,
старший лейтенант флота, 1951 г.
Грейс Мюррей Хоппер,
контр-адмирал, 1985 г.
Слайд 27В СССР в 1951 г. под руководством академика С.А. Лебедева
была создана первая советская ЭВМ, получившая название МЭСМ.
Лебедев Сергей Алексеевич
Легендарная «бригада Лебедева» за работой на МЭСМ
Слайд 281952 г. - БЭСМ (быстродействующая электронная счетная машина)
С.А. Лебедев и
М.А. Лаврентьев за работой на БЭСМ-1.
Слайд 29В 1958 г. Джек Килби создал первую интегральную схему.
Джек
Килби со своей «Схемой 10» - первой в мире интегральной
схемой – в руках.
Интегральная схема Роберта Нойза
Роберт Нойз
Слайд 30В 1964 г Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу устройства, ставшего прообразом
первой компьютерной «мыши».
Слайд 31 1974 г - Эдвард Робертс построил первый персональный
компьютер (ПК) Altair
Слайд 32«Нулевое» поколение – электрические и электромеханические элементы (реле, лампы накаливания,
ртутные трубки) (1943—1945 гг.):
это были не столько полноценные ЭВМ, сколько
вычислительные устройства, аналогичные по функциональности современным калькуляторам;
использовались преимущественно перфокарты; реже перфоленты;
программирование, как таковое, осуществлялось в системе счисления конкретного вычислительного устройства;
COLOSSUS («Колоссас», Великобритания); машина К. Цузе (Третий Рейх).
2. Поколения ЭВМ
Слайд 331-е поколение – электронные лампы (1945—1954 гг.):
формируется типовой набор структурных
элементов, входящих в состав ЭВМ;
использовались перфокарты, перфоленты, магнитные ленты;
программирование осуществлялось
на машинном языке конкретной ЭВМ;
ENIAC, EDSAC, UNIVAC, МЭСМ, БЭСМ, Урал, Минск, Стрела, М-20.
2. Поколения ЭВМ
Слайд 34Электронная лампа
ЭВМ «Урал»
Перфолента
Слайд 352-е поколение – транзисторы (1955-1964гг.):
появляются первые магнитные диски;
используются языки высокого
уровня (Algol, Fortran, Cobol);
стали использоваться операционные системы (ОС);
БЭСМ-4, Мир, Наири,
М-222, Урал-16, Минск-32.
Слайд 36Память на
магнитных сердечниках
Транзистор
БЭСМ-6
Слайд 373-е поколение – интегральные схемы - ИС (1965-1970 гг.):
появились
недорогие мини-ЭВМ;
мультипрограммный режим;
IBM System 360, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ.
Интегральная схема
IBM
System 360
ЭВМ ЕС1061
ЭВМ СМ-4
Слайд 384-е поколение – сверхбольшие интегральные схемы – СБИС (1970-1984г):
появились персональные
компьютеры - ПК;
IBM PC (1979г), Apple.
Apple-1
IBM PC (1979)
IBM PC (1981)
Apple
Macintosh
Слайд 395-е поколение – c 1985 г. по настоящее время
компьютеры ориентированы
на обработку не данных, а знаний;
развитие логического программирования для создания
баз знаний и систем искусственного интеллекта;
создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов).
Слайд 40По назначению:
большие ЭВМ (Supercomputers, Main Frames);
миниЭВМ (Small Computers);
микроЭВМ (Microcomputers);
ПК (PC,
Personal Computers):
массовый ПК (Consumer PC)
деловой ПК (Office PC)
портативный ПК (Mobile
PC)
рабочая станция (WorkStation)
развлекательный ПК (Entertaiment PC)
Современная классификация компьютеров
Слайд 41По размеру:
настольные (desktop);
портативные (notebook, sub-note,
netbook);
наладонные (palmtop);
карманные (pocketPC).
Слайд 42По уровню специализации:
универсальные;
специализированные:
суперкомпьютеры;
кластерные системы.
Слайд 43принцип двоичного кодирования;
принцип программного управления;
принцип однородности памяти;
принцип иерархии памяти;
принцип адресности.
3. Принципы фон Неймана
Слайд 44адреса - передача адресов при обращении к устройствам
Функциональная схема
компьютера
процессор
внутренняя память
шина
данных - используется для передачи данных
управления – используется
для передачи команд
устройства ввода
устройства вывода
внешняя память
Слайд 45Процессор — это устройство, обеспечивающее обработку данных, а также согласование
действий всех узлов, входящих в состав компьютера.
Наиболее важные части процессора
– АЛУ (арифметико-логическое устройство) и УУ (устройство управления).
Внутренние ячейки процессора называют регистрами.
Слайд 46CISC (Complex Instruction Set Computer) - полная система команд переменной
длины (процессоры Intel и AMD);
RISC (Reduced Instruction Set Computer) -сокращенный
набор команд фиксированной длины (процессоры Motorola, DEC).
Основные архитектуры процессоров
Слайд 504. Состав ПК
Базовая конфигурация компьютера: системный блок, клавиатура, монитор, мышь.
Прочие подключаемые устройства называют периферийными.
Слайд 52На системной, или материнской плате (motherboard) обычно размещаются:
процессор;
оперативная память;
ПЗУ с
базовой системой ввода/вывода (BIOS);
набор управляющих микросхем (chipset);
CMOS - память для
хранения данных об аппаратных настройках;
разъемы или слоты (slot) расширения;
разъемы для подключения мыши, клавиатуры, универсальной последовательной шины USB и т.д.;
разъемы питания.
Слайд 53Тактовая частота - количество тактов, выполняемых в единицу времени; измеряется
в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц).
Разрядность процессора (размер регистров в
битах) показывает, сколько бит информации он может принять или передать за один такт.
Основные характеристики процессора
Слайд 55Южный мост предназначен для работы с более медленными компонентами системы
и включает в себя:
двухканальный IDE-контроллер, обеспечивающий взаимодействие с накопителями;
USB-контроллер;
контроллер ввода-вывода,
аудиоконтроллер.
Набор
микросхем (чипсет)
предназначен для организации взаимодействия всех подсистем ПК.
Северный мост -обеспечивает работу с наиболее скоростными подсистемами компьютера. Он содержит контроллеры системной шины, памяти, графической шины AGP.
Слайд 57линия передачи данных, соединяющая материнскую плату и периферийное устройство.
IDE
SCSI
RS-232
(EIA-232D)
LPT
gameport
IrDa - беспроводный интерфейс, работающий в инфракрасном диапазоне
Bluetooth -
использует для передачи данных высокочастотный радиоканал
Интерфейс передачи данных -
Слайд 58Память, в которой хранятся исполняемые программы и данные, называется ОЗУ,
или RAM (Random Access Memory) - памятью со свободным доступом.
4.2. Внутренняя память
Слайд 59Существует два вида ОЗУ:
статическое ОЗУ, или SRAM (Static RAM)
– триггер;
динамическое ОЗУ, или DRAM (Dynamic RAM) – конденсатор.
Слайд 60Кэш-память – сверхбыстрая память для ускорения доступа к оперативной памяти.
Кэш-память
делится на уровни:
на кристалле самого процессора находится кэш первого уровня,
в корпусе процессора, но на отдельном кристалле находится кэш второго уровня,
на системной плате расположена кэш-память третьего уровня.
Слайд 61Конструктивно модули памяти имеют два исполнения:
- однорядные (SIMM-модули)
- двухрядные
(DIMM-модули).
Основные характеристики оперативной памяти - объем памяти и время доступа.
Слайд 62Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) или ROM (Read Only Memory) -
память, предназначенная для постоянного хранения таких программ, как тестирование и
начальная загрузка компьютера, управление внешними устройствами.
Комплект программ, находящихся в ПЗУ, образует базовую систему ввода-вывода BIOS (Basic Input Output System).
Слайд 63CMOS - микросхема "энергонезависимой" памяти.
Данные в нее можно заносить
и изменять самостоятельно.
Слайд 65Предназначены для долговременного хранения программ и данных.
Выполняются в виде накопителей.
В
качестве носителей информации в них используются магнитные диски и ленты,
лазерные диски и др.
Основные характеристики ВЗУ:
информационная емкость (Мбайт и т.д.);
время доступа (секунды или доли секунд).
4.3. Внешние запоминающие устройства (ВЗУ)
Слайд 66ВЗУ
Устройства прямого
(произвольного) доступа:
диски
Устройства
последовательного доступа:
стримеры
Слайд 67Дискета - гибкий магнитный диск в пластмассовом корпусе.
Существуют диски
с форм-фактором (диаметром) 3,5” (дюйма); 5,25” и 1,8”.
На трехдюймовых дискетах
можно хранить 1,44 Мбайта информации.
Слайд 69Жесткий магнитный диск (винчестер) - несколько десятков дисков, размещенных на
одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой
угловой скоростью.
Дорожки - узкие концентрические кольца на диске - разделены на части, называемые секторами.
Цилиндр - это общее количество дорожек, с которых можно считать информацию, не перемещая головок.
Слайд 71Кластер (несколько секторов) — наименьшая область диска, которую операционная система
использует при записи файла.
Слайд 72Форматирование диска - это создание его физической и логической структуры.
Физическая
структура диска определяется количеством дорожек и числом секторов на каждой
дорожке.
Логическая структура – это создание корневого каталога и таблиц размещения файлов.
Слайд 73Существуют два вида форматирования дисков:
Полное форматирование включает в себя
как физическое, так и логическое форматирование. Вся хранившаяся на диске
информация при этом будет уничтожена.
Быстрое форматирование производит лишь очистку корневого каталога и таблиц размещения файлов.
Слайд 74Существуют высокоёмкие дискеты и накопители (внутренние и внешние), такие как
IOMega-диски, Zip-диски и Jazz-диски. Однако они не получили широкого распространения
и применяются в основном, в промышленных или военных компьютерах.
Слайд 75Оптический компакт-диск (Compact Disk (CD)) в качестве носителя информации в
компьютере стал использоваться с 1988 г.
Информация на лазерном диске
записана с одной стороны на одну спиралевидную дорожку.
Слайд 76CD-ROM (Read Only Memory - только чтение)
CD-R (R - Recordable,
записываемый)
CD-RW (RW - Rewritable, перезаписываемый).
Односкоростные CD-ROM накопители обеспечивали скорость
считывания информации 150 Кбайт/с.
Слайд 77Цифровой универсальный диск DVD (Digital Versatile Disk) - диск с
высокой плотностью записи - от 4,7 до 17 Гбайт.
Слайд 78Односкоростные DVD-ROM накопители обеспечивали скорость считывания информации 1,3 Мбайт/с.
DVD
Слайд 79Флэш-память (Flash-memory) или FRAM - ферроэлектрическая память с произвольным доступом.
Первые
промышленные образцы появились в 1994 г.
Флэш-карта
USB-флэш-диски
Слайд 81Клавиатура (keyboard) – стандартное устройство ввода текстовой информации.
Обычная клавиатура характеризуется
раскладкой символов QWERTY / ЙЦУКЕНГ.
Слайд 82Специальные клавиатуры:
эргономичная
клавиатура;
клавиатура Дворака – с оптимизированной раскладкой клавиш;
беспроводная
клавиатура;
гибкая резиновая
клавиатура.
Слайд 83Мышь (mouse) - это манипулятор, предназначенный для перемещения указателя (курсора)
по экрану монитора и фиксации его в нужной точке с
помощью щелчка клавишей.
Оптико-механическая мышь
Оптическая мышь
Слайд 84Другие типы манипуляторов:
трекбол
тачпад
инфракрасная мышь
световое перо
джойстик
сенсорный (тактильный) экран
Слайд 85Сканер - устройство для ввода в компьютер графической информации.
Характеристики
сканеров:
разрешающая способность (количество точек на дюйм – dpi);
скорость сканирования.
Виды сканеров:
ручные,
планшетные,
роликовые,
штрих-сканеры.
Слайд 86Цифровая видеокамера
Web-камера
Микрофон
Слайд 88Видеотерминалы -(видеомонитор+видеоконтроллер) предназначены для оперативного отображения текстовой и графической информации.
Видеоконтроллеры:
CGA
EGA
VGA
SVGA
PGA
Слайд 89Типы мониторов:
на основе ЭЛТ
на основе ЖКИ (LCD, TFT)
плазменные (PDP).
Характеристики мониторов:
размер экрана (17”, 19”, 21”)
разрешающая способность (1024×768),
частота кадровой развертки
(120 Гц).
Слайд 90Принтер - это устройство вывода данных из компьютера на бумагу,
пленку и т.д.
Основные характеристики:
разрешающая способность (dpi)
производительность (ppm).
Типы принтеров:
матричные
струйные
лазерные.
Плоттеры – служат
для вывода широкоформатной графической информации.