Сферы применения ЭВМ

Содержание

Введение…………………………………………………………………...………2

1. Классификация средств ЭВТ………………………………………………….4
2. Общие принципы построения современных ЭВМ……………………….…9
3. История развития средств вычислительной техники…………………..….11
4. Принцип действия компьютера………………………………………..……13
5. Механические первоисточники……………………………………………..15
6. Математические первоисточники……………………………………….…..17
7. Сферы применения ЭВМ……………………………………...……………..20

Заключение…………………………………………………………….…………26

Список использованной литературы…………………………….……………..27

 

          

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Первые компьютеры создавались  исключительно для вычислений (что  отражено в названиях «компьютер»  и «ЭВМ»). Даже самые примитивные  компьютеры в этой области во много  раз превосходят людей (если не считать  некоторых уникальных людей-счётчиков). Не случайно первым высокоуровневым  языком программирования был Фортран, предназначенный исключительно  для выполнения математических расчётов.

Вторым крупным применением  были базы данных. Прежде всего, они  были нужны правительствам и банкам. Базы данных требуют уже более  сложных компьютеров с развитыми  системами ввода-вывода и хранения информации. Для этих целей был  разработан язык Кобол. Позже появились  СУБД со своими собственными языками  программирования.

Третьим применением было управление всевозможными устройствами. Здесь развитие шло от узкоспециализированных устройств (часто аналоговых) к постепенному внедрению стандартных компьютерных систем, на которых запускаются управляющие  программы. Кроме того, всё большая  часть техники начинает включать в себя управляющий компьютер.

Четвёртое. Компьютеры развились  настолько, что стали главным  информационным инструментом, как в  офисе, так и дома. Теперь почти  любая работа с информацией зачастую осуществляется через компьютер  — будь то набор текста или просмотр фильмов. Это относится и к  хранению информации, и к её пересылке  по каналам связи. Основное применение современных домашних компьютеров  — навигация в Интернете и  игры.

Пятое. Современные суперкомпьютеры  используются для компьютерного  моделирования сложных физических, биологических, метеорологических  и других процессов и решения  прикладных задач. Например, для моделирования  ядерных реакций или климатических  изменений. Некоторые проекты проводятся при помощи распределённых вычислений, когда большое число относительно слабых компьютеров одновременно работает над небольшими частями общей задачи, формируя таким образом очень мощный компьютер.

Наиболее сложным и  слаборазвитым применением компьютеров  является искусственный интеллект применение компьютеров для решения таких задач, где нет чётко определённого более или менее простого алгоритма.

Цель данной работы: рассказать и описать классификацию средств  вычислительной техники.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация средств  ЭВТ

Первые электронные вычислительные машины (ЭВМ) появились всего лишь 50 лет тому назад. За это время  микроэлектроника, вычислительная техника  и вся индустрия информатики  стали одними из основных составляющих мирового научно-технического прогресса. Влияние вычислительной техники  на все сферы деятельности человека продолжает расширяться вширь и  вглубь. В настоящее время ЭВМ  используются не только для выполнения сложных расчетов, но и в управлении производственными процессами, в  образовании, здравоохранении, экологии и т.д. Это объясняется тем, что  ЭВМ способны обрабатывать любые  виды информации:числовую,текстовую,табличную,графическую,видео,звуковую.Электроннаятвычислительная машина - комплекс технических и программных средств, предназначенный для автоматизации подготовки и решения задач пользователей. Под пользователем понимают человека, в интересах которого проводится обработка данных на ЭВМ. В качестве пользователя могут выступать заказчики вычислительных работ, программисты, операторы. Как правил, время подготовки задач во много раз превышает время их решения.Требования пользователей к выполнению вычислительных работ удовлетворяются специальным подбором и настройкой технических и программных средств. Обычно эти средства взаимосвязаны и объединяются в одну структуру.Структура - совокупность элементов и их связей. Различают структуры технических, программных и аппаратурно-программных средств. Выбирая ЭВМ для решения своих задач, пользователь интересуется функциональными возможностями технических и программных модулей (как быстро может быть решена задача, насколько ЭВМ подходит для решения данного круга задач, какой сервис программ имеется в ЭВМ, возможности диалогового режима, стоимость подготовки и решения задач и т.д.). При этом пользователь интересуется не конкретной технической и программной реализацией отдельных модулей, а более общими вопросами возможности организации вычислений. Последнее включается в понятие архитектуры ЭВМ, содержание которого достаточно обширно. Архитектура ЭВМ - это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых строится ЭВМ. Каждый из уровней допускает многовариантное построение и применение. Конкретная реализация уровней определяет особенности структурного построения ЭВМ. В последующих разделах учебника эти вопросы подробно рассматриваются. Надежность - это способность ЭВМ при определенных условиях выполнять требуемые функции в течение заданного периода времени (стандарт ISO (Международная организация стандартов) 23 82/14-78).Высокая надежность ЭВМ закладывается в процессе ее производства. Переход на новую элементную базу - сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) резко сокращает число используемых интегральных схем, а значит, и число их соединений друг с другом. Хорошо продуманы компоновка компьютера и обеспечение требуемых режимов работы (охлаждение, защита от пыли). Модульный принцип построения позволяет легко проверять и контролировать работу всех устройств, проводить диагностику и устранение неисправностей.Точность - возможность различать почти равные значения (стандарт ISO - 2382/2-76). Точность получения результатов обработки в основном определяется разрядностью ЭВМ, а также используемыми структурными единицами представления информации (байтом, словом, двойным словом).Во многих применениях ЭВМ не требуется большой точности, например, при обрабатывании текстов и документов, при управлении технологическими процессами. В этом случае достаточно использовать 8-и, 16- разрядные двоичные коды.При выполнении сложных расчетов требуется использовать более высокую разрядность (32, 64 и даже более). Поэтому все современные ЭВМ имеют возможность работы с 16- и 32-разрядными машинными словами. С помощью средств программирования языков высокого уровня этот диапазон может быть увеличен в несколько раз, что позволяет достигать очень высокой точности. Достоверность свойство информации быть правильно воспринятой. Достоверность характеризуется вероятностью получения безошибочных результатов. Заданный уровень достоверности обеспечивается аппаратурно-программными средствами контроля самой ЭВМ. Возможны методы контроля достоверности путем решения эталонных задач и повторных расчетов. В особо ответственных случаях проводятся контрольные решения на других ЭВМ и сравнение результатов.

Классификация - В настоящее  время в мире произведены, работают и продолжают выпускаться миллионы вычислительных машин, относящихся  к различным поколениям, типам, классам, отличающихся своими областями применения, техническими характеристиками и вычислительными  возможностями. Традиционно электронную  вычислительную технику (ЭВТ) подразделяют на аналоговую и цифровую. В аналоговых вычислительных машинах (АВМ) обрабатываемая информация представляется соответствующими значениями аналоговых величин: тока, напряжения, угла поворота какого-то механизма и т.п. Эти машины обеспечивают приемлемое быстродействие, но не очень высокую точность вычислений (0.001-0.01). Распространены подобные машины не очень широко. Они используются в основном в проектных и научно-исследовательских учреждениях в составе различных стендов по отработке сложных образцов техники. По своему назначению их можно рассматривать как специализированные вычислительные машины.В настоящее время под словом ЭВМ обычно понимают цифровые вычислительные машины, в которых информация кодируется двоичными кодами чисел. Именно эти машины благодаря универсальным возможностям и являются самой массовой вычислительной техникой.Рынок современных компьютеров отличается разнообразием и динамизмом, каких еще не знала ни одна область человеческой деятельности. Каждый год стоимость вычислений сокращается примерно на 25-30%, стоимость хранения единицы информации - до 40%. Практически каждое десятилетие меняется поколение машин, каждые два года - основные типы микропроцессоров - СБИС, определяющих характеристики новых ЭВМ.    Такие темпы сохраняются уже многие годы.То, что 10-15 лет назад считалось современной большой ЭВМ, в настоящее время является устаревшей техникой с очень скромными возможностями. Современный персональный компьютер с быстродействием в десятки и сотни миллионов операций в секунду становится доступным средством для пользователя.В этих условиях любая предложенная классификация ЭВМ очень быстро устаревает и нуждается в корректировке. Например, в классификациях десятилетней давности широко использовались названия мини-, миди- и микро ЭВМ, которые почти исчезли из обихода. Вместе с тем существует целый ряд закономерностей развития вычислительной техники, которые позволяют предвидеть и предсказывать основные результаты этого поступательного движения. Необходимо анализировать традиционные и новые области применения ЭВМ, классы и типы используемых вычислительных средств, сложившуюся конъюнктуру рынка информационных технологий и его динамику, количество и качество вычислительной техники, выпускаемой признанными лидерами - производителями средств ЭВТ и т.д. Коротко рассмотрим эти основные вопросы, выяснение которых позволит понять, какая вычислительная техника требуется для решения определенных задач.Академик В.М. Глушков указывал, что существуют три глобальные сферы деятельности человека, которые требуют использования качественно различных типов ЭВМ.Первое направление является традиционным - применение ЭВМ для автоматизации вычислений. Научно-техническая революция во всех областях науки и техники постоянно выдвигает новые научные, инженерные, экономические задачи, которые требуют проведения крупномасштабных вычислений (задачи проектирования новых образцов техники, моделирования сложных процессов, атомная и космическая техника и др.). Отличительной особенностью этого направления является наличие хорошей математической основы, заложенной развитием математических наук и их приложений. Первые, а затем и последующие вычислительные машины классической структуры в первую очередь и создавались для автоматизации вычислений.Вторая сфера применения ЭВМ связана с использованием их в системах управления. Она родилась примерно в 60-е годы, когда ЭВМ стали интенсивно внедряться в контуры управления автоматических и автоматизированных систем. Математическая база этой новой сферы практически отсутствовала, в течение последующих 15-20 лет она была создана.Новое применение вычислительных машин потребовало видоизменения их структуры. ЭВМ, используемые в управлении, должны были не только обеспечивать вычисления, но и автоматизировать сбор данных и распределение результатов обработки.Сопряжение с каналами связи потребовало усложнения режимов работы ЭВМ, сделало их многопрограммными и многопользовательскими. Для исключения взаимных помех между программами пользователей в структуру машин были введены средства разграничения: блоки прерываний и приоритетов, блоки защиты и т.п. Для управления разнообразной периферией стали использоваться специальные процессоры ввода-вывода данных или каналы. Именно тогда и появился дисплей как средство оперативного человеко-машинного взаимодействия пользователя с ЭВМ.Новой сфере работ в наибольшей степени отвечали мини-ЭВМ. Именно они стали использоваться для управления отраслями, предприятиями, корпорациями. Машины нового типа удовлетворяли следующим требованиям:

* были более дешевыми  по сравнению с большими ЭВМ,  обеспечивающими централизованную  обработку данных;

* были более надежными,  особенно при работе в контуре  управления;

* обладали большой гибкостью  и адаптируемостью настройки  на конкретные условия функционирования;

* имели архитектурную  прозрачность, т.е. структура и  функции ЭВМ были понятны пользователям.

 

 

Общие принципы построения современных ЭВМ

Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное  управление. В основе его лежит  представление алгоритма решения  любой задачи в виде программы  вычислений. Алгоритм - конечный набор предписаний, определяющий решение задачи посредством конечного количества операций.Программа упорядоченная последовательность команд, подлежащая обработке” (стандарт ISO 2382/1-84). Следует заметить, что строгого, однозначного определения алгоритма, равно как и однозначных методов его преобразования, в программу вычислений, не существует. Принцип программного управления может быть осуществлен различными способами. Стандартом для построения практически всех ЭВМ стал способ, описанный Дж. фон Нейманом в 1945 г. при построении еще первых образцов ЭВМ. Суть его заключается в следующем.Все вычисления, предписанные алгоритмом решения задачи, должны быть представлены в виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд. Каждая команда содержит указания на конкретную выполняемую операцию, место нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды - переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных. Список (массив) всех переменных (входных данных, промежуточных значений и результатов вычислений) является еще одним неотъемлемым элементом любой программы. Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса. В качестве адресов выступают номера ячеек памяти ЭВМ, предназначенных для хранения объектов. Информация ( командная и данные: числовая, текстовая, графическая и т.п.) кодируется двоичными цифрами 0 и 1. Поэтому различные типы информации, размещенные в памяти ЭВМ, практически неразличимы, идентификация их возможна лишь при выполнении программы, согласно ее логике, по контексту.

Каждый тип информации имеет форматы - структурные единицы  информации, закодированные двоичными  цифрами 0 и 1. Обычно все форматы  данных, используемые в ЭВМ, кратны байту, т.е. состоят из целого числа  байтов. Последовательность битов в  формате, имеющая определенный смысл, называется полем. Например, в каждой команде программы различают  поле кода операций, поле адресов операндов. Применительно к числовой информации выделяют знаковые разряды, поле значащих разрядов чисел, старшие и младшие  разряды. Последовательность, состоящая  из определенного принятого для  данной ЭВМ числа байтов, называется словом. Для больших ЭВМ размер слова составляет четыре байта, для  ПЭВМ - два байта. В качестве структурных  элементов информации различают  также полуслово, двойное слово  и др. Схема ЭВМ, отвечающая программному принципу управления, логично вытекает из последовательного характера преобразований, выполняемых человеком по некоторому алгоритму (программе).В любой ЭВМ имеются устройства ввода информации (УВв), с помощью которых пользователи вводят в ЭВМ программы решаемых задач и данные к ним. Введенная информация полностью или частично сначала запоминается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), а затем переносится во внешнее запоминающее устройство (ВЗУ), предназначенное для длительного хранения информации, где преобразуется в специальный программный объект - файл. “Файл - идентифицированная совокупность экземпляров полностью описанного в конкретной программе типа данных, находящихся вне программы во внешней памяти и доступных программе посредством специальных операций (ГОСТ 20866 - 85)”.

 

 

 

 

История развития средств вычислительной техники

Ручной период автоматизации  вычислений начался на заре человеческой цивилизации и базировался на использовании различных частей тела, в первую очередь, пальцев рук  и ног.

Пальцевый счет уходит корнями в глубокую древность, встречаясь в том или ином виде у всех народов и в наши дни. Известные средневековые математики рекомендовали в качестве вспомогательного средства именно пальцевый счет, допускающий довольно эффективные системы счета. Фиксация результатов счета производилась различными способами: нанесение насечек, счетные палочки, узелки и др. Например, у народов доколумбовой Америки был весьма развит узелковый счет. Более того, система узелков выполняла также роль своего рода хроник и летописей, имея достаточно сложную структуру. Однако, использование ее требовало хорошей тренировки памяти.

Счет с помощью группировки  и перекладывания предметов явился предшественником счета на абаке - наиболее развитом счетном приборе древности, сохранившимся до наших дней в  виде различного типа счетов.

Абак явился первым развитым счетным прибором в истории человечества, основным отличием которого от предыдущих способов вычислений было выполнение вычислений по разрядам. Таким образом, использование абака уже предполагает наличие некоторой позиционной  системы счисления, например, десятичной, троичной, пятеричной и др. Многовековой путь совершенствования абака привел к созданию счетного прибора законченной  классической формы, используемого  вплоть до эпохи расцвета клавишных  настольных ЭВМ. Да еще и сегодня  кое-где его можно встретить, помогающим в расчетных операциях. И только появление карманных электронных  калькуляторов в 70-е годы нашего столетия создало реальную угрозу для  дальнейшего использования русских, китайских и японских счетов - трех основных классических форм абака, сохранившихся  до наших дней. При этом, последняя известная попытка усовершенствования русских счетов путем объединения их с таблицей умножения относится к 1921 г.

Хорошо приспособленный  к выполнению операций сложения и  вычитания, абак оказался недостаточно эффективным прибором для выполнения операций умножения и деления. Поэтому  открытие логарифмов и логарифмических  таблиц Джоном Непером в начале XVII века явилось следующим крупным  шагом в развитии вычислительных систем ручного этапа. Впоследствии появляется целый ряд модификаций  логарифмических таблиц. Однако, в практической работе использование логарифмических таблиц имеет ряд неудобств, поэтому Джон Непер в качестве альтернативного метода предложил специальные счетные палочки (названные впоследствии палочками Непера), позволявшие производить операции умножения и деления непосредственно над исходными числами. В основу данного метода Непер положил способ умножения решеткой.