Что такое элементная база эвм

Понятие архитектуры эвм. Эволюция универсальных эвм. Поколения эвм. Элементная база эвм.

Архитектура компьютера определяется совокупностью ее свойств, существенных для пользователя. При этом основное внимание уделяется структуре и функциональным возможностям ЭВМ. Основные функции определяют назначения ЭВМ (обработка, хранение информации; обмен информации с внешними источниками). Дополнительные функции — это функции повышающие эффективность работы ЭВМ (удобный интерфейс пользователя, ввод/вывод данных, надежность/безопасность работы и др.)

Структура компьютера — это некоторая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия компонентов ЭВМ.

Поколения ЭВМ

1. Основной признак – элементарная база, состоящая из электровакуумных ламп. Недостатки: большие габариты, большие затраты электроэнергии, большое время переключения состояний, высокая стоимость, быстрый износ.

2. Середина 50-х. Элементная база – транзистор. Это позволило уменьшить габариты, увеличить скорость и уменьшить стоимость. ЭВМ 2-го поколения производились уже серийно. Принципиальное отличие: работа с алгоритмическими языками программирования высокого уровня. Появились телетайпы для ввода и печатающие устройства для вывода информации, накопители на магнитных дисках.

3. Элементная база – интегральные микросхемы, появившиеся в 1960-х гг. В их состав были включены дисплеи, накопители на магнитных дисках, и некоторые другие элементы. ЭВМ 3-го поколения уже производились промышленно, и решались на них достаточно серьезные задачи.

4. В 1970-х гг. появились большие интегральные схемы (БИС), где на одной полупроводниковой пластине находилось несколько тысяч транзисторов. Такая высокая степень интеграции позволила создать микропроцессор (1972г). На их основе появился ПК. Кроме того, ЭВМ 4-го поколения имели цветные графические дисплеи, магнитные диски, электронные печатающие устройства.

5. ЭВМ 5-го поколения имеют элементной базой так называемые большие интегральные схемы, которые на одной пластине имеют миллионы транзисторов. Это позволило увеличить вычислительную мощность компьютера и все остальные элементы ПК должны соответствовать.

Классы современных ЭВМ:

1. Супер ЭВМ – многопроцессорный вычислительный комплекс, имеющий 64- или 128-разрядный процессор, десятки, а то и сотни гигабайт оперативной памяти; десятки, сотни терабайт ПЗУ. Единственный недостаток – высокая стоимость. Супер ЭВМ фирмы Cray стоит около 70 млн. долларов

2. Рабочая станция (Power Station) – ЭВМ, основанная на RISK-процессорах (имеют меньшую производительность, чем супер ЭВМ, но большую, чем ПК). Выпускаются серийно и предназначены для определенных задач: САПР, геоинформационных систем, систем аудио- и видеомонтажа, банковских систем. В настоящее время большинство рабочих станций работает на UNIX-подобных ОС, которые называются AIX. Стоимость рабочей станции – от 20 до 100 тыс. долларов.

3. Персональные компьютеры – предназначены для решения очень широкого класса задач. Первый персональный компьютер был выпущен фирмой Apple в 1972 году. В 1981 году появился первый ПК IBM.

В ПК IBM используется принцип «открытой архитектуры»: регламентируется и стандартизируется только принцип действия компьютера и его конфигурации. Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов, выпущенных независимыми производителями. Кроме того, в компьютер можно вставлять различные устройства, удовлетворяющие стандартам.

1.2 Элементная база, архитектура, сетевая компоновка, производительность

Первый этап в развитии электронной вычислительной техники (ЭВМ) базировался на электронных лампах. Но электронные лампы обладали существенными недостатками: большие размеры, низкая надежность и др. Поэтому начала развиватьсятвердотельная электроника, а в качестве элементной базы стали применятьдиодыитранзисторы. Компьютеры, основанные на транзисторах, не устранили полностью эти недостатки. Для решения проблем начали применятьсямикросборки, а затем имикросхемы. Число элементов микросхем постепенно увеличивалось, стали появлятьсямикропроцессоры. В настоящее время развитию электроники способствует появлениесотовой связи, а также различных беспроводных устройств,навигаторов,коммуникаторов,планшетови т. п.

Архитектура ЭВМ— концептуальная структура вычислительной машины, определяющая проведение обработки информации и включающая методы информации в данные и принципы взаимодействия технических средств и программного обеспечения.

Архитектура ЭВМ определяется совокупностью общих принципов организации аппаратно-программных средств и их основных характеристик, обеспечивающих функциональные возможности вычислительной машины при решении соответствующих типов задач. Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав компьютера, так и программно – математическое обеспечение.

Структура ЭВМ— совокупность элементов и связей между ними. Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.

Основы учения об архитектуре вычислительных машин были заложены Джон фон Нейманом. Совокупность этих принципов породила классическую архитектуру ЭВМ, представленную на рисунке 1.1.

Внешнее запоминающее устройство

Арифметико-логическое Устройство устройство управления

Оперативное запоминающее устройство

Рис. 1.1 Схема классической архитектуры ЭВМ

Сущность этих принципов заключалась в следующем:

• компьютер состоит из нескольких основных устройств (арифметико-логическое устройство, устройство управления, память, внешняя память, устройства ввода и вывода);
• арифметико-логическое устройство (АЛУ) – выполняет арифметические и логические операции, необходимые для переработки информации, хранящейся в памяти;
• устройство управления (УУ) – обеспечивает управление и контроль всех устройств компьютера (управляющие сигналы на рисунке указаны пунктирными стрелками);
• данные, которые хранятся в запоминающем устройстве (ЗУ), . представляются в двоичной форме;
• программа, которая задает работу компьютера, и данные хранятся в одном и том же запоминающем устройстве;
• для ввода и вывода информации используются устройства ввода и вывода.

Принцип работы и структуру ЭВМ рассмотрим на примере персонального компьютера (ПК). На рисунке 1.2 представлена схема структуры ПК. Основу ПК составляет системный блок, в котором размещены: микропроцессор (МП), блок оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), долговременной памяти на жёстком магнитном диске (Винчестер), устройства для запуска компакт-дисков (CD) и дискет (НГМД). Там же находятся платы: сетевая, видеопамяти, обработки звука, модем (модулятор-демодулятор), интерфейсные платы, обслуживающие устройства ввода-вывода: клавиатуры, дисплея, «мыши», принтера и др. Рис. 1.2 Схема структуры ПК Все функциональные узлы ПК связаны между собой через системную магистраль (шину), представляющую из себя более трёх десятков упорядоченных микропроводников, сформированных на печатной плате. Микропроцессор служит для обработки информации: он выбирает команды из внутренней памяти (ОЗУ или ПЗУ), расшифровывает и затем исполняет их, производя арифметические и логические операции. Получает данные из устройства ввода и посылает результаты на устройства вывода. Он вырабатывает также сигналы управления и синхронизации для согласованной работы его внутренних узлов, контролирует работу системной магистрали и всех периферийных устройств. С развитием вычислительной техники появились и приобрели широ­кое использование системы физического соединения двух или более ком­пьютеров — компьютерные сети. По территориально-организационным признакам (количеству машин и расстоянию между ними) компьютерные сети принято разделять на локальные и глобаль­ные. Глобальные сети (например, Internet) распространяют свое действие по всему миру и используют все каналы связи, включая спутниковые. Архитектурный принцип построения большинства сетей называется «клиент-сервер». Сервер — компьютер сети, предоставляющий свои про­граммные и аппаратные ресурсы пользователям сети для хранения данных, выполнения программ и других услуг. Клиент — компьютер сети, поль­зующийся услугами сервера; в его роли часто выступают программы, имеющие доступ к информационным ресурсам или устройствам сервера. Термины «клиент» и «сервер» используются для обозначения как про­граммных, так и аппаратных средств. Для передачи данных в сети используются специальные стандарты, обеспечивающие их совместимость ‑ сетевые протоколы. Примером уни­версального протокола является семейство TCP/IP, широко применяющее­ся во всем мире для объединения компьютеров в сеть Internet которая со­стоит из множества сетей различной физической природы. Ис­тория его возникновения связана с задачей, поставленной после второй мировой войны правительством США. Требовалось создать единую сеть, которая могла бы своими средствами находить маршруты передачи дан­ных, а также в случае повреждения некоторых каналов связи перенаправ­лять поток информации по другим каналам. При реализации этого проекта были созданы отдельные представители семейства протоколов TCP/IP. Контрольные вопросы: 1. Назовите основные этапы развития вычислительной техники. 2. Назовите ученых, которые внесли существенный вклад в развитие вычислительной техники. 3. Какие научные открытия предшествовали появлению первых вычислительных машин на электронных лампах? 5. Назовите особенности и направления развития вычислительной техники шестого поколения.

Элементная база эвм. Классификация элементов и узлов эвм.

При рассмотрении структуры любой ЭВМ обычно проводят ее детализацию. В структуре ЭВМ выделяют след.структурные единицы: элементы, узлы, блоки и устройства. Такая детализация соответствует определенным

операциям преобразования информации, заложенным в программах пользователей.

Нижний уровень обработки реализуют элементы. Каждый элемент предназначается для обработки единичных электрических сигналов, соответствующих битам информации. Узлы обеспечивают одновременную обработку группы сигналов — информационных слов. Блоки реализуют некоторую последовательность в обработке информационных слов — функционально обособленную часть машинных операций. Устройства предназначаются для выполнения отдельных

машинных операций и их последовательностей.

Все современные вычислительные машины строятся на комплексах системах интегральных микросхем (ИС). Электронная микросхема называется интегральной, если ее компоненты и соединения между ними выполнены в едином технологическом цикле, на едином основании и имеют общую герметизацию и защиту от механических воздействий. Каждая микросхема представляет собой миниатюрную электронную схему, сформированную послойно в кристалле полупроводника: кремния, германия и т.д. В состав микропроцессорных наборов включаются различные типы микросхем, но все они должны иметь единый тип межмодульных связей, основанный на стандартизации параметров сигналов взаимодействия (амплитуда, полярность, длительность импульсов и т.п.). Основу набора обычно составляют большие БИС и даже сверхбольшие интегральные схемы. На очереди следует ожидать появления ультра больших ИС (УБИС). Кроме них обычно используются микросхемы с малой и средней степенью интеграции (СИС). Функционально микросхемы могут соответствовать устройству, узлу или блоку, но каждая из них состоит из комбинации простейших логических элементов, реализующих функции формирования, преобразования, запоминания сигналов и т.д.

Элементы ЭВМ можно классифицировать по различным признакам. Наиболее часто такими признаками являются: тип сигналов, назначение элементов, технология их изготовления и т.д.

В ЭВМ широко применяют два способа физического представления сигналов: импульсный и потенциальный.

Независимо от вида сигналов различают последовательный и параллельный коды передачи и представления информации в ЭВМ.

При последовательном коде представления данных используются одиночные шины или линии передачи, в которых сигналы, соответствующие отдельным разрядам данных, разнесены во времени. Обработка такой информации производится последовательно разряд за разрядом. Такой вид представления и передачи данных требует весьма экономичных по аппаратурным затратам схем обработки данных. Время же обработки Определяется числом обрабатываемых сигналов (разрядов).

Параллельный код отображения и передачи информации предполагает параллельную и одновременную фиксацию всех разрядов данных на различных шинах, т.е. параллельный код данных развернут в пространстве. Это дает возможность ускорить обработку во времени, но затраты на аппаратурные средства при этом возрастают пропорционально числу обрабатываемых разрядов.

Во всех вычислительных машинах используются и параллельно-последовательные коды представления информации. При этом информация отображается частями. Части поступают на обработку последовательно, а каждая часть данных представляется параллельным кодом.

По своему назначению элементы делятся на формирующие, логические и запоминающие.

К формирующим элементам относятся различные формирователи, усилители, усилители-формирователи и т.п. Данные элементы служат для выработки определенных электрических сигналов, восстановления их параметров (амплитуды, полярности, мощности, длительности).

Простейшие логические элементы преобразуют входные сигналы в соответствии с элементарными логическими функциями. В свою очередь, полученные сигналы могут формировать следующий уровень сигналов и т. д. Сложные преобразования в соответствии с требуемыми логическими зависимостями могут приводить к построению многоуровневых схем. Каждая такая схема представляет собой композицию простейших логических схем.

Запоминающим элементом называется элемент, который способен принимать и хранить код двоичной цифры (единицы или нуля). Элементы памяти могут запоминать и сохранять исходные значения некоторых величин, промежуточные значения обработки и окончательные результаты вычислений. Только запоминающие элементы в схемах ЭВМ позволяют проводить обработку информации с учетом ее развития.

1. Комбинационные схемы – шифратор, дешифратор.

Дешифратор (ДС) — это комбинационная схема с m-входами и выходами, фор-мирующие »1» только на одном из выходов, десятичный номер которого соответствует входной десятичной комбинации. Работа ДШ задается таблицей истинности .Шифратор (СД) — решает обратную приведенной раньше задаче.Схемы сравнения — необходимы для организации ветвящихся про-цессов обработки данных и т.д. Сумматор—Это узел ЭВМ в котором суммируются коды чисел.В каждом i разряде одноразрядный сумматор должен формиро-вать сумму Si и перенос в старший разряд.

Различают полусумматор HS (не учитывает сигнал переноса) и полный сумматор SM (учитывает сигнал переноса).

Шифратор (кодер) — (англ. encoder) логическое устройство, выполняющее логическую функцию (операцию) — преобразование позиционного n-разрядного кода в m-разрядный двоичный, троичный или k-ичный код.

Двоичный шифратор выполняет логическую функцию преобразования унарно n-ичного однозначного кода в двоичный. При подаче сигнала на один из n входов (обязательно на один, не более) на выходе появляется двоичный код номера активного входа.

что значит -ЭЛЕМЕНТАРНАЯ база компа?

Если не изменяет память то элементная база компа это соотношение искажения между полюсами на материнской плате, путём ускорения шины вычислительного процессора!

Остальные ответы
Неправильное прочтение. На самом деле элементная.

В истории развития вычислительной техники принято выделять поколения ЭВМ. Переход от одного поколения к другому связан со сменой элементной базы на которой построен компьютер. Выделяют следующие четыре поколения ЭВМ:

первое поколение: 1946-1957 годы; элементная база – электронные вакуумные лампы; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – до 100 байт; быстродействие — до 10000 операций в секунду;
второе поколение: 1958-1964 годы; элементная база – транзисторы; ОЗУ — до 1000 байт; быстродействие — до 1 млн. операций в секунду;
третье поколение: 1965-1975 годы; элементная база – малые интегральные схемы; ОЗУ — до 10 Кбайт; быстродействие – до 10 млн. операций в секунду;
четвертое поколение: 1976 год; элементная база — большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС) интегральные схемы; ОЗУ — от 100 Кбайт и выше; быстродействие — свыше 10 млн. операций в секунду.
Следует заметить, что граница между третьим и четвертым поколениями ЭВМ по признаку элементной базы достаточно условна: произошло, скорее количественное изменение параметров элементной базы.