Конспект главы 10

В этой главе говорится о том, как устроены компьютеры и каковы перспективы их развития и использования.

Основа вычислительной машины - процессор. В нем расположены арифметико-логическое устройство, устройство управления. Арифметико-логическое устройство осуществляет непосредственную обработку данных: сложение двух чисел, умножение одного числа на другое, перенос информации из одного места памяти в другое и так далее. Устройство управления координирует взаимодействие различных частей ЭВМ. Для хранения информации предназначено запоминающее устройство (память ЭВМ).

С 1945 г. сменилось уже несколько поколений ЭВМ. Различные поколения ЭВМ отличаются и скоростью работы, и объемом памяти. Современные ЭВМ считают в миллионы раз быстрее первых ЭВМ и имеют память в миллионы раз больше. Физической основой смены поколений ЭВМ являлось появление новых физических элементов, из которых строятся ЭВМ. В первых машинах основным элементом была электронная лампа. Современные ЭВМ собираются из больших и сверхбольших интегральных схем (БИС и СБИС). Каждая такая схема представляет собой небольшую кремниевую пластинку, содержащую сотни тысяч полупроводниковых элементов (каждый такой элемент - это, можно сказать, электронная лампа в миниатюре).

Общие принципы работы ЭВМ не изменялись с 1945 года. Вот эти принципы:

1) двоичное кодирование информации (любая информация в ЭВМ кодируется двумя символами - двумя состояниями электронных элементов);

2) хранимая программа (программы, по которым работает ЭВМ, хранятся в оперативной памяти, каждая команда кодируется последовательностью нулей и единиц; данные, с которыми оперирует программа, также располагаются в оперативной памяти);

3) программное управление (ЭВМ работает автоматически по введенной в нее программе).

Память ЭВМ можно представлять себе как длинную страницу, состоящую из отдельных строк. Каждая строка называется ячейкой памяти и, в свою очередь, разделяется на разряды. Содержимым любого разряда может быть либо 0, либо 1. Набор нулей и единиц, записываемый в ячейку памяти, называется машинным словом. Все ячейки памяти занумерованы. Номер ячейки называют ее адресом. Наличие у каждой ячейки адреса позволяет обращаться к любой ячейке, чтобы записать в нее новую информацию или извлечь ту информацию, которая з ней хранится. При считывании хранящегося в ячейке машинного слова содержимое ячейки не изменяется. А при записи в ячейку информации прежнее содержимое ячейки исчезает (стирается).

Для двоичного кодирования чисел обычно используется двоичная система счисления. Для того чтобы перевести число в эту систему, надо представить его в виде суммы степеней двойки (любое число можно представить в таком виде) и выписать коэффициенты такого представления. Например,

27 = 1⋅2⁴ + 1⋅2³ + 0⋅2² + 1⋅2¹ + 1⋅2⁰,

поэтому в двоичной системе счисления число 27 записывается так: 11011.

Любая ЭВМ способна выполнять ряд элементарных команд, например сложений, умножений и так далее. Составление программ из этих простейших команд (программирование на машинном языке) - очень трудное дело. Гораздо проще и естественнее использовать, скажем, Бейсик: его команды универсальнее и записываются на естественном (английском) языке, к тому же Бейсик практически освобождает от забот по распределению памяти ЭВМ.

Чтобы ЭВМ смогла выполнить программу, написанную на языке Бейсик, ее нужно перевести на машинный язык, непосредственно доступный "пониманию" компьютера. Этой работой занимаются специальные программы-переводчики, или трансляторы. При выполнении программы, записанной на языке программирования, транслятор присутствует в памяти и синхронно переводит каждую команду языка Бейсик на язык машинных команд, а затем организует ее выполнение. Хотя трансляторы очень сложны, польза от них велика. Они составляют весьма важную часть программного обеспечения всех современных компьютеров.

Одна из постоянных забот процессора - организация работы остальных устройств компьютера: клавиатуры, дисплея, дисковода и так далее. Эти устройства называются внешними.

Процессор, выполняя определенную программу, координирует работу внешних устройств, посылая им и принимая от них информацию в виде электрических импульсов.

Процессор связан с внешними устройствами через магистраль. По сути, это просто пучок проводов. К магистрали параллельно подсоединены все внешние устройства. Все устройства пронумерованы. Когда нужно обратиться к внешнему устройству, процессор посылает в магистраль его номер и ждет сигнала "свободно", после чего посылает необходимую информацию.

Каждое внешнее устройство снабжено специальным "приемником" сигналов - его называют контроллером. Контроллер принимает сигнал от процессора и дешифрует его, чтобы соответствующее устройство смогло принять этот сигнал и правильно отреагировать на него. Важно отметить, что процессор лишь подает команду и ему "безразлично", как она будет выполняться,- за это отвечает контроллер соответствующего внешнего устройства. Поэтому можно заменять одни внешние устройства ЭВМ другими, нужны лишь соответствующие контроллеры. Присоединяя процессоры к различным внешним устройствам - станкам или роботам, можно сделать управление этими устройствами автоматическим и освободить человека от многих вредных и тяжелых работ. Например, станок с программным управлением это результат соединения процессора с обычным станком. Компьютеры могут помочь (хотя бы частично) и в творческой работе. Комплекс предназначенных для этого устройств, присоединенных к ЭВМ, заменяющий привычные малопроизводительные орудия умственного труда (справочники, пишущие машинки, телефоны и так далее), называется автоматизированным рабочим местом (АРМ).

Расширение области применения ЭВМ происходит и за счет роста "интеллектуальных способностей" компьютеров. Так, информационно-поисковые системы перерастают в базы знаний. В базах знаний хранятся не только данные, но и правила вывода новых утверждений из уже имеющихся. Такая база способна логически "рассуждать", выводя новые знания.