Принципы Джона фон Неймана

Откройте рисунок совместного доступа

"Рисунок 1 группы (компьютеры 1-5)":

Рисунок 2 группы (компьютеры 6-10):

Подробнее с принципами фон Неймана вы можете познакомиться в презентации к уроку:

Принципы устройства компьютера

Read more publications on Calaméo

Архитектура фон Неймана — широко известный принцип совместного хранения команд и данных в памяти компьютера. Вычислительные системы такого рода часто обозначают термином «машина фон Неймана».

В общем случае, когда говорят об архитектуре фон Неймана, подразумевают принцип хранения данных и инструкций в одной памяти.

Схематичное изображение машины фон Неймана

Принципы фон Неймана

 Принцип однородности памяти 

Команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования; то есть одно и то же значение в ячейке памяти может использоваться и как данные, и как команда, и как адрес в зависимости лишь от способа обращения к нему. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами, и, соответственно, открывает ряд возможностей. Так, циклически изменяя адресную часть команды, можно обеспечить обращение к последовательным элементам массива данных. Такой прием носит название модификации команд и с позиций современного программирования не приветствуется. Более полезным является другое следствие принципа однородности, когда команды одной программы могут быть получены как результат исполнения другой программы. Эта возможность лежит в основе трансляции — перевода текста программы с языка высокого уровня на язык конкретной вычислительной машины.

Принцип адресности 

Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек, причем процессору в произвольный момент доступна любая ячейка. Двоичные коды команд и данных разделяются на единицы информации, называемые словами, и хранятся в ячейках памяти, а для доступа к ним используются номера соответствующих ячеек — адреса.

Принцип программного управления 

Все вычисления, предусмотренные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов — команд. Каждая команда предписывает некоторую операцию из набора операций, реализуемых вычислительной машиной. Команды программы хранятся в последовательных ячейках памяти вычислительной машины и выполняются в естественной последовательности, то есть в порядке их положения в программе. При необходимости, с помощью специальных команд, эта последовательность может быть изменена. Решение об изменении порядка выполнения команд программы принимается либо на основании анализа результатов предшествующих вычислений, либо безусловно.

Принцип двоичного кодирования 

Согласно этому принципу, вся информация, как данные, так и команды, кодируются двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Последовательность битов в формате, имеющая определенный смысл, называется полем. В числовой информации обычно выделяют поле знака и поле значащих разрядов. В формате команды можно выделить два поля: поле кода операции и поле адресов.

Узкое место архитектуры фон Неймана

Совместное использование шины для памяти программ и памяти данных приводит к узкому месту архитектуры фон Неймана, а именно ограничению пропускной способности между процессором и памятью по сравнению с объёмом памяти. Из-за того, что память программ и память данных не могут быть доступны в одно и то же время, пропускная способность канала "процессор-память" и скорость работы памяти существенно ограничивают скорость работы процессора — гораздо сильнее, чем если бы программы и данные хранились в разных местах. Так как скорость процессора и объём памяти увеличивались гораздо быстрее, чем пропускная способность между ними, узкое место стало большой проблемой, серьёзность которой возрастает с каждым новым поколением процессоров

Аппаратная конфигурация компьютеров

Результаты практической работы "Сравнение видов компьютеров":

Фамилия, имя	Оценка
Льовушкіна  Нізімова	8
Левенець, Лузганова	10
Круцяк,Кремень,Робота	11
Костырин  Рубцов	8
Горбаренко,Овдиенко	10
Ключников	11
Приймак і Рожко	9
Голев и Декун	10
Филоненко, Пастернак , Жмур	8

Откройте сравнительную таблицу и скачайте себе копию:

Вариант 1

Вариант 2

Виды персональных компьютеров

1. Настольный ПК

Настольный ПК (англ. Desktop computer) — стационарный компьютер, тот самый, который стоит на столе (или под столом) к нему подключены монитор, клавиатура и мышь.

До недавнего времени именно настольные ПК были самыми распространенными и популярными. В некоторых задачах им пока что нет замены (профессиональная работа с графикой, мощные трехмерные игры и многое другое).

Преимущества настольных ПК:

• Низкая стоимость (относительно конкурентов с такими же характеристиками);
• Широкий выбор возможных конфигураций (с учетом потребностей для разных задач);
• Возможность самостоятельно подобрать комплектующие;
• Легкая замена комплектующих;
• Минимум проблем при апгрейде (модернизации);
• Значительно более низкая стоимость ремонта.

Недостатки настольных ПК:

• Большие размеры и вес, что приводит к сложностям при транспортировании (в командировку не возьмешь с собой :)) 
• не очень привлекательный вид;
• Потребляют немало электроэнергии (особенно производительные системы).

Как видим, достоинств больше, чем недостатков, но первые два недостатка перевешивают многие преимущества.

2. Ноутбук

Ноутбук (англ. Notebook — блокнот, второе название Laptop – «на коленях») — портативный переносной компьютер, содержит в одном корпусе все необходимые компоненты. В последнее время успешно конкурирует с настольным ПК.

Преимущества ноутбуков:

• Небольшие размеры и вес (1,5 – 4 кг), благодаря чему:
• Можно брать с собой в дорогу (на работу, на отдых);
• Более привлекательный вид (по сравнению с настольным ПК);
• Все устройства в одном корпусе (монитор, клавиатура, тач-пад, web-камера, сетевой адаптер, Wi-Fi, кардридер, динамики…);
• Низкое потребление электроэнергии;
• Наличие аккумуляторной батареи, что позволяет использовать ноутбук вдали от розетки (от двух до шести часов).

Недостатки ноутбуков:

• Более высокая стоимость при тех же характеристиках (в последнее время разница всё меньше);
• Ограниченный выбор возможных конфигураций;
• Более сложная замена комплектующих (особенно некоторых деталей);
• Практически невозможна модернизация (апгрейд);
• Высокая стоимость ремонта.

Количество достоинств приблизительно равно количеству недостатков, но небольшие размеры, вес, и легкая транспортировка дают о себе знать.

Исходя из всего перечисленного не удивительно, что у многих сейчас есть и настольный компьютер и ноутбук одновременно (первый для работы дома или игр, второй – в дорогу).

3. Ультрабук

Ультрабук (англ. Ultrabook) – это разновидность ноутбука, которая ориентирована на малые размеры и вес, а также длительное время работы от аккумулятора.

Другими словами – это небольшой производительный ноутбук, который может долго проработать без подключения к розетке.

Данный подвид появился в 2011 году благодаря компании Intel.

Особенности ультрабуков:

• Толщина не более 2 сантиметров;
• Вес должен быть не более 1,4 килограмм;
• Длительное время работы от аккумулятора (заявлены 8-10 часов и более);
• Производительность на уровне обычного ноутбука или выше;
• И, как следствие- высокая стоимость.

Для большинства случаев стоимость ультрабуков не оправдана, можно вполне найти небольшой ноутбук по более приемлемой цене с хорошими (но не выдающимися) характеристиками.

4. Нетбук

Нетбук (англ. Netbook) – небольшой ноутбук, основное назначение которого – выход в Интернет (отсюда и название) и работа с простыми приложениями.

Отличительные особенности нетбуков:

• небольшой вес (от 1 до 2 кг) и размеры (легко влезет в походную сумку);
• низкое энергопотребление, благодаря чему:
• может долго работать от аккумуляторной батареи (4-8 часов);
• низкая стоимость (приблизительно от 250$).

Но приходится мириться с ограничениями:

• невысокая производительность;
• небольшая диагональ экрана (от 7 до 12 дюймов).

На нетбуке можно достаточно комфортно работать в Интернете, в офисных программах, слушать музыку и смотреть фильмы в дороге. Работа с программами, использующими высокие вычислительные ресурсы (Photoshop, обработка видео и т.п.) возможна, но затруднена.

5. Планшет

Планшет (англ. Tablet computer — планшетный компьютер) – разновидность переносного компьютера с сенсорным экраном. Используется без клавиатуры, но зачастую есть возможность её присоединить.

Особенность планшета - в компактности при достаточно большом экране. По размерам и весу он меньше чем нетбук (тоньше и легче).

Планшеты получили популярность после выпуска фирмой Apple планшета iPad, затем многие другие производители начали разработку своих планшетов.

Если кратко описать особенности планшета, то можно уложиться в одно предложение: «очень удобно бродить по Интернету и делать различные заметки, но полностью заменить компьютер или ноутбук пока не может». Тем не менее, как дополнительное устройство планшет может быть очень практичен.

Внутреннее устройство компьютера

Когда говорят о внутреннем устройстве компьютера, обычно имеют в виду те компоненты, которые находятся внутри его корпуса. У настольного компьютера корпус – это системный блок, у ноутбуков и нетбуков – это нижняя из раскрываемых половинок.

С внутренним устройством настольного ПК вы сможете познакомиться в видео:

Внутреннее устройство ноутбука:

История компьютерной техники 1960-1990

Больше информации - в презентации к уроку:

История компьютерной техники 2

Read more publications on Calaméo

Хронологическая таблица самых важных событий:

Год	Событие
1960	Компания DEC представила первый миникомпьютер PDP-1 стоимость которого составляла 120 000 долларов. Это был первый коммерческий компьютер, оснащенный клавиатурой и монитором.
1966	Роберт Нойс и Гордон Мур 18 июля 1968 года основали компанию Intel. Эта компания начинает с создания микрочипов памяти, но постепенно превращается в компанию по производству микропроцессоров.
1970	Швейцарец Никлаус Вирт разработал язык программирования Pascal
1973	Кен Томпсон и Деннис Ритчи создали язык программирования С
1975	Пол Аллен и Билл Гейтс основывают фирму Microsoft
1976	Стив Джобс и Стив Возняк создают компьютер Apple I
1981	Фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC на базе процессора Intel 8088
1981	Специально для IBM PC фирма Microsoft разрабатывает операционную систему DOS
1993	Создание операционной системы Windows 3.1
1993	Фирма Intel представила микропроцессор Pentium

Полезные видео в тему:

Документальный фильм "Мозг академика Глушкова":

История карьеры Билла Гейтса, великого и ужасного:

Краткая история корпорации Apple:

История компьютерной техники

Подробнее с историей компьютерной техники вы сможете познакомиться в презентации к уроку.

История компьютерной техники

Read more publications on Calaméo

Инфографика "Эволюция компьютеров":

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Видео "ЭВМ - история развития":

Хронологическая таблица самых важных событий в истории компьютеров:

Год	Событие
1642	Первым человеком, создавшим счетную машину, был французский ученый Блез Паскаль (1623-1662), в честь которого назван один из языков программирования. Паскаль сконструировал эту машину в 1642 году, когда ему было всего 19 лет, для своего отца, сборщика налогов. Это была механическая конструкция с шестеренками и ручным приводом. Счетная машина Паскаля могла выполнять только операции сложения и вычитания.
1848	Еще через 150 лет профессор математики Кембриджского Университета, Чарльз Бэббидж (1792-1871), изобретатель спидометра, разработал и сконструировал аналитическую машину. У этой машины был довольно интересный способ вывода информации: результаты выдавливались стальным штампом на медной дощечке, что предвосхитило более поздние средства ввода-вывода — перфокарты и компакт-диски. Преимущество аналитической машины заключалось в том, что она могла выполнять разные задания. Она считывала команды с перфокарт и выполняла их. Если в считывающее устройство вводились перфокарты с другой программой, то машина выполняла другой набор операций. То есть аналитическая машина могла выполнять несколько алгоритмов.
1937	В конце 30-х годов немец Конрад Цузе (Konrad Zuse) сконструировал несколько автоматических счетных машин с использованием электромагнитных реле. Ему не удалось получить денежные средства от правительства на свои разработки, потому что началась война. Цузе ничего не знал о работе Бэббиджа, его машины были уничтожены во время бомбежки Берлина в 1944 году, поэтому его работа никак не повлияла на будущее развитие компьютерной техники. Однако он был одним из пионеров в этой области.
1944	Немного позже счетные машины были сконструированы в Америке. Машина Джона Атанасова (John Atanasoff) была чрезвычайно развитой для того времени. В ней использовалась бинарная арифметика и информационные емкости, которые периодически обновлялись, чтобы избежать уничтожения данных. Современная динамическая память (ОЗУ) работает по точно такому же принципу. К несчастью, эта машина так и не стала действующей. В каком-то смысле Атанасов был похож на Бэббиджа — мечтатель, которого не устраивали технологии своего времени.
1944	Говард Айкен (Howard Aiken) в Гарварде упорно проектировал ручные счетные машины в рамках докторской диссертации. После окончания исследования Айкен осознал важность автоматических вычислений. Он пошел в библиотеку, прочитал о работе Бэббиджа и решил создать из реле такой же компьютер, который Бэббиджу не удалось создать из зубчатых колес. Работа над первым компьютером Айкена «Mark I» была закончена в 1944 году. Компьютер имел 72 слова по 23 десятичных разряда каждое и мог выполнить любую команду за 6 секунд. В устройствах ввода-вывода использовалась перфолента. К тому времени, как Айкен закончил работу над компьютером «Mark II», релейные компьютеры уже устарели. Началась эра электроники.
1946	Джон Мочли, который был знаком с работами Атанасова и Айкена, понимал, что армия заинтересована в счетных машинах. Моушли со своим студентом Дж. Преспером Экертом начали конструировать электронный компьютер, который они назвали ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный цифровой интегратор и калькулятор). ENIAC состоял из 18 000 электровакуумных ламп и 1500 реле, весил 30 тонн и потреблял 140 киловатт электроэнергии. У машины было 20 регистров, каждый из которых мог содержать 10-разрядное десятичное число. В ENIAC было установлено 6000 многоканальных переключателей и имелось множество кабелей, протянутых к разъемам. Работа над машиной была закончена в 1946 году, когда она уже была не нужной — по крайней мере, для достижения первоначально поставленных целей.
1948	В то время, когда Экерт и Мочли работали над машиной EDVAC – следующим компьютером после ЭНИАКА, одним из участников проекта стал Джон Фон Нейман. Фон Нейман был гением в тех же областях, что и Леонардо да Винчи. Он знал много языков, был специалистом в физике и математике, обладал феноменальной памятью: он помнил все, что когда-либо слышал, видел или читал. Когда фон Нейман стал интересоваться вычислительными машинами, он уже был самым знаменитым математиком в мире. Фон Нейман вскоре осознал, что создание компьютеров с большим количеством переключателей и кабелей требует длительного времени и очень   утомительно. Он пришел к мысли, что программа должна быть представлена в памяти компьютера в цифровой форме, вместе с данными. Он также отметил, что десятичная арифметика, используемая в машине ENIAC, где каждый разряд представлялся десятью электронными лампами, одна из которых включена и 9 выключены), должна быть заменена параллельной бинарной арифметикой. Фон Нейман высказал идею принципиально новой ЭВМ. В 1946 г. ученые изложили свои принципы построения вычислительных машин в ставшей классической статье “Предварительное рассмотрение логической конструкции электронно-вычислительного устройства”. С тех пор прошло полвека, но выдвинутые в ней положения сохраняют актуальность и сегодня.

Больше информации вы можете получить в видео "Компьютеры: современные чудеса":