UTK wyklady, Informatyka, Wprowadzenie do inżynierii komputerowej [ Pobierz całość w formacie PDF ]
Urządzenia Techniki
Komputerowej
1. Pojęcia Podstawowe
Komputer – maszyna (urządzenie)
licząca, służąca do
przetwarzania wszelkich
p
informacji, które da się
zapisać w formie ciągu cyfr
(dyskretnej) albo
sygnału
ciągłego
dr hab. inż. Janusz Martan
Wydział Informatyki i Zarządzania
Politechnika Wrocławska
Wrocław 2006r.
Dwa rodzaje sygnałów
Sygnał Analogowy
Sygnał analogowy
–
sygnał, który w
danym przedziale
swojej zmienności
może przyjmować
nieskończoną
ą
liczbę wartości.
Sygnał analogowy
jest sygnałem
ciągłym.
•
Sygnał ciągły (analogowy)
•
Sygnał dyskretny (cyfrowy)
Dziedzina wiedzy zajmująca się sygnałami
analogowymi nazywamy
techniką
analogową
Sygnał Cyfrowy
2. Historia Komputerów
Sygnał cyfrowy
(dyskretny) –
sygnał, który w
danym
przedziale swej
sygnał
analogowy
Generacje rozwojowe techniki
komputerowej:
przedziale swej
zmienności
przyjmuje
skończona
liczbę wartości.
sygnał
cyfrowy
1.Generacja zerowa – wszystkie
maszyny liczące zbudowane
do 1944r
.
Dziedzina wiedzy zajmująca się sygnałami
cyfrowymi nazywa się
techniką cyfrową
2. Generacja pierwsza – okres 1945 do
1956r
.
1
dr hab inż Janusz Martan
3. Generacja druga – okres 1957 do
1963r.
Abakus 2600r. p.n.e
4. Generacja trzecia – okres 1964 do
1977r.
Abakus pierwsze
mechaniczne
liczydła
t ż t
starożytne –
początek
informatyki
5. Generacja czwarta – okres 1978 do
1989r
6. Generacja piąta – począwszy od 1990
7. Generacja szósta – trudno określić
daty jeszcze używane komputery
generacji piątej
2.1 Generacja zerowa
•
rok 2600
p.n.e abakus – liczydło
(dodawanie, odejmowanie, mnożenie)
•
rok 1623
zegar liczący (pierwsza w historii
maszyna licząca – Wilheim Schickard z
y ą
Tybingii)
MARK I
•
rok 1944
– maszyna matematyczna na 600
przekaźnikach (Konrad Züsse)
waga 50 ton, zbudowany z
przekaźników elektromagnetycznych,
dwie liczby 10-cyfrowe mnożył w 10
sekund, sterowany programem
kodowanym na taśmie perforowanej. 15
lat pracy w marynarce wojennej USA
•
rok 1945
– MARK I (ASCC – Automated
Sequence Controlled Computer); maszyna
posiadała pamięć danych i urządzenia
we/wy
Generacja zerowa c.d.
2.2 Generacja pierwsza
generacja zerowa
–urządzenia i
kalkulatory zbudowane do
1944r. Urządzenia mechaniczne
ą
bądź elektromechaniczne
zbudowane na bazie
przekaźników
•
rok 1945
ENIAC
–pierwsza
elektroniczna maszyna zbudowana na
lampach elektronowych
lampach elektronowych
Budowa –
18800
lamp, 1500
przekaźników, 50000 oporników, 30
ton, moc 150 kW (ok. 100 odkurzaczy),
chłodzenie 2 silniki 24KM (maluch)
2
1989r.
ENIAC
ENIAC
•
pomieszczenie 12 x 6 m
•
42 czarne szafy (3m x 60cm x 30cm)
•
każda szafa wyposażona w termostat
(max. temp. pracy 48
0
C
•
średni bezawaryjny czas pracy ok. 30
it
minut
•
dane zapisane na kartach perforowanych –
czytnik kart i dziurkarka kart
•
praca w systemie dziesiętnym
•
operacje na 10 cyfrowych (dodatnie i
ujemne)
•
szybkość pracy ok. 5000 dodawań/sek.
Zt i jk
bli i t ó
Zastosowania wojskowe –
obliczanie torów
pocisków artyleryjskich. Obliczanie 1 toru
ok. 15-20 minut. Obliczenie 1 tablicy
balistycznej (uwzględniono m. innymi
wilgotność powietrza, skład chemiczny,
temperaturę i.t.p) trwało ok. 6-12 tygodni,
potrzeba kilka tysięcy tablic.
2 październik 1945r. godz. 23
45
– koniec służby
ENIAC-a
2.3 Generacja druga
Cechy charakterystyczne komputerów
drugiej generacji
•
rok 1945 komputer
TRADIC
(TRansistorized
Airborne DIgital
Computer)
pierwszy komputer
zbudowany na
elementach
półprzewodnikowych
(diodach, tranzystorach)
•
użycie elementów półprzewodnikowych
•
budowa w technice dyskretnej (z pojedynczych
elementów)
•
niewielkie rozmiary (w stosunku do lamp
y(
elektronowych)
•
niewielka pobierana moc
•
bardzo wrażliwe na temp.pracy (praca w
pomieszczeniach klimatyzowanych)
•
duża niezawodność
•
pojawienie się języków programowania
wysokiego poziomu (COBOL, Fortran)
•
pamięć magnetyczna (zewnętrzna IBM1401/1402)
p
2.4 Komputery trzeciej
generacji
•
Komputery zbudowane na bazie układów
scalonych małej i średniej skali integracji
Układ scalony
–
(ang. intergrated circuit, chip) (potocznie kość),
zminiaturyzowany układ elektroniczny zawierający w swym
wnętrzu od kilku do setek milionów podstawowych elementów
lk i h kihjk did
elektronicznych, takich jak tranzystory, diody, rezystory,
kondensatory.
1
.
SSI
(small scale integration) - zawierający do 100
tranzystorów
2.
MSI
(medium ...) - układ zawiera do 100 – 1000
tranzystorów,
3.
LSI
(large ...) od 1000 do 10000 tranzystorów,
4.
VLSI
(very large ...) ponad 10 000 tranzystorów).
Cechy charakterystyczne komputerów
trzeciej generacji
•
zbudowane z układów scalonych
•
bardzo wysoki stopień niezawodności
•
o wiele mniejsze rozmiary niż komputery
drugiej generacji
drugiej generacji
•
powstanie pierwszych systemów
operacyjnych
•
powstanie pierwszych systemów
wielodostępnych
•
moc obliczeniowa ok. 5
⋅
10
6
rozkazów/sek
•
najbardziej znane to
IBM 3600
i
Odra 1305
(Elwro –Wrocław)
3
Odra 1305 (1974 r.)
2.5 Komputery czwartej generacji
•
komputery zbudowane na układach scalonych
dużej i wielkiej skali integracji
•
powstanie pierwszych mikroprocesorów
Procesor
– uniwersalny układ przetwarzający informację
(
urządzenie cyfrowe sekwencyjne potrafiące pobierać dane z pamięci,
interpretować je i wykonywać jako rozkazy. Wykonuje on bardzo
szybko ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru
y ągp y p j ( ) y y
operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta
procesora jako lista rozkazów procesora)
. Ciąg rozkazów
realizujących konkretne zadanie - program
Jednym z twórców idei mikroprocesora był Ted Hoff z firmy Intel.
Wpadł on na pomysł by zamiast projektować 12 niezależnych układów
scalonych do kalkulatorów zaprojektować jeden, który będzie w stanie
pełnić funkcje wszystkich ich razem wziętych i będzie pracować w taki
sposób jak procesor w komputerze. W firmie Intel wyprodukowano
pierwszy komercyjny mikroprocesor o nazwie 4004 - zawierał on 2300
tranzystorów. Pierwszym na świecie procesorem był jednak ściśle tajny
"chip" F14 CADC używany w samolocie Grumman F-14 Tomcat
.
procesor
Intel Pentium 100MHz
•
powstają pierwsze kalkulatory, komputery
osobiste, notesy elektroniczne
•
pierwszy mikrokomputer
APPLE
(Steve
Woźniak i Steve Jobs);
posiadał klawiaturę a
wyniki wyświetlane były na ekranie TV
•
najbardziej znane komputery to CRAY, VAX,
IBM 300
tj i
tktó
i
•
powstają pierwsze
procesory tekstów
i
arkusze kalkulacyjne
(1978r.)
•
wstępna wersja systemu operacyjnego
MS
Windows
(1982r.)
•
powstają procesory
32 bitowe
(1985r.)
•
liczba komputerów na świecie przekracza
100 mln.
duża liczba
wyprowadzeń
(nawet kilkaset)
2.6 Komputery piątej generacji
•
komputery budowane z układów
scalonych wielkiej integracji
2.7 Komputery szóstej
generacji
•
nowe architektury komputerów
•
systemy wieloprocesorowe
•
komputery kwantowe
(5 atomów działających
razem jako procesor i pamięć)
•
elementy sztucznej inteligencji
(wykonywanie czynności właściwych człowiekowi –
komponowanie muzyki, tłumaczenie tekstu itd.)
•
neurokomputery
•
biokomputery
•
moc obliczeniowa na poziomie ok. 10
12
rozkazów/sek
.
•
komputery zbudowane z wykorzystaniem
łańcuchów DNA
4
Prawo Moore’a
Podwojenie wydajności układów
scalonych odbywa się średnio co
18-24 miesięcy
3. Systemy liczbowe
System pozycyjny
– wartość cyfry zależy od jej
pozycji w liczbie. Liczby przedstawiane są
jako łańcuchy cyfr (a
i
)
a
k
a
k-1
a
k-2
... a
0
, a
-1
a
-2
... a
-m
∑
×
i
R
P dl t90
Począwszy od lat 90-
tych okres ten
wydłużył się do ok.
2-2,5 roku
a
np. 32,3 a
1
=3 a
0
=2 a
-1
=3
∑
i
R
a
L
×
=
∑
R
i
i
R –
podstawa
pozycyjnego systemu liczenia
(liczba naturalna)
Najczęściej stosowane systemy:
Liczba
Liczba
•
system dziesiętny (R=10)
32875=3
x
10000+2
x
1000+8
x
100+7
x
10+5
x
1=
=3
x
10
4
+ 2
x
10
3
+8
x
10
2
+7
x
10
1
+5
x
10
0
dziesiętna binarna szesnastkowa dziesiętna binarna szesnastkowa
0
1
2
3
0
1
10
11
0
1
2
3
9
10
11
12
1001
1010
1011
1100
9
A
B
C
system dwójkowy
(binarny)
R=2
53=110101=
=1
x
2
5
+1
x
2
4
+0
x
2
3
+1
x
2
2
+0
x
2
1
+1
x
2
0
4
5
6
7
8
100
101
110
111
1000
4
5
6
7
8
13
14
15
16
17
1101
1110
1111
10000
10001
D
E
F
10
11
•
system szesnastkowy
(heksadecymalny)
R=16
(stosowany do skrócenia zapisu liczb binarnych)
przykład:
111111111111111
2
= 7FFF
16
4. Podstawy Techniki Analogowej
Przykłady sygnałów analogowych
I
T
TECHNIKA ANALOGOWA
– dziedzina
elektroniki zajmująca się wytwarzaniem,
przetwarzaniem i przesyłaniem sygnałów
analogowych
(ciągłych).
U
czas
Podstawowe
funkcje
realizowane przez
kł d l
układy analogowe to:
•
wzmacnianie sygnałów
•
generowanie różnych przebiegów
•
porównywanie sygnałów
•
regulacja wartości sygnałów
(np. stabilizacja napięcia)
t
Ogólnie sygnał analogowy – sygnał, w
którym wartość sygnału
wyjściowego
jest
proporcjonalna
do wartości
sygnału
wejściowego
.
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]