Лекция: Задание № 4
Общие принципы функционирования ЭВМ предложил…
· Тьюринг
· Фон Нейман
· Буль
· Винер
Пояснения.
Алан Матисон Тьюринг (1912–1954) – английский математик, логик, криптограф, основатель теории искусственного интеллекта.
Юный Алан Тьюринг ничего не делал на уроках, а в свободное время изучал «внеклассные» науки. Пятнадцатилетним подростком он самостоятельно изучил теорию относительности. А. Тьюринг блестяще заканчивает четырехлетний курс обучения в Кембриджском университете.
В 1935–1936 гг. создает теорию, которая навсегда впишет его имя в науку. Изобретенная им машина Тьюринга является расширением модели конечного автомата и способна имитировать (при наличии соответствующей программы) любую машину, действие которой заключается в переходе от одного дискретного состояния к другому. Изложение теории «логических вычисляющих машин» позже войдет во все учебники по логике, основаниям математики и теории вычислений.
В 1939 г. А. Тьюринг по заданию британского военного ведомства разработал устройство, которое позволяло читать практически все шифрованные радиограммы германского военно-морского флота и «люфтваффе». После разгрома Германии он получил орден; был включен в научную группу, занимавшуюся созданием британской электронно-вычислительной машины.
В 1951 г. в Манчестере начал работать один из первых в мире компьютеров. Тьюринг занимался разработкой программного обеспечения для него. Тогда он написал и первую шахматную программу для ЭВМ. Это был только алгоритм, потому что компьютера, способного выполнить эту программу, еще не существовало.
Джордж Буль (1815–1864) – английский математик и логик, по праву считается отцом математической логики. Его именем назван раздел математической логики – булевая алгебра. Джордж Буль смог окончить только начальную школу для детей бедняков, в других учебных заведениях он не учился: не позволило тяжелое материальное положение его родителей. Он самоучка. В совершенстве владел латынью, греческим, французским, немецким и итальянским языками; зачитывался математическими журналами. Этим отчасти и объясняется, что, не связанный традицией, он пошел в науке собственным путем. В 1848 г. Джордж Буль опубликовал статью по началам математической логики «Математический анализ логики, или Опыт исчисления дедуктивных умозаключений». Дж. Буль в 1849 г. получил пост профессора математики Куинз-колледжа в графстве Корк, несмотря на то, что даже не имел университетского образования. В 1854 г. появился главный его труд – «Исследование законов мышления, на которых основаны математические теории логики и вероятностей». В ХХ столетии ученые объединили созданный Джорджем Булем математический аппарат с двоичной системой счисления, заложив тем самым основы для разработки ЭВМ.
Норберт Винер (1894–1964) – американский ученый, «отец» науки кибернетики.
Будучи одаренным ребенком, Норберт поступил в среднюю школу в девять лет, тогда как туда принимались дети в 15–16 лет после восьмилетней школы. Он окончил ее в 11 лет, а в 18 лет стал доктором философии по специальности «Математическая логика». Им написаны труды по математическому анализу, теории вероятностей, электрическим сетям и вычислительной технике. Существовавшие в ту пору вычислительные машины необходимым быстродействием не обладали. Это заставило Н. Винера сформулировать ряд требований к таким машинам. Машина, полагал он, должна сама корректировать свои действия, в ней необходимо выработать способность к самообучению. Для этого ее нужно снабдить блоком памяти, где откладывались бы управляющие сигналы, а также те сведения, которые машина получит в процессе работы. В голове Н. Винера уже давно зрела мысль написать книгу и рассказать в ней об общности законов, действующих в области автоматического регулирования, организации производства и в нервной системе человека. Его книга «Кибернетика» вышла в 1948 г.
Говоря об управлении и связи в живых организмах и машинах, он видел главное не просто в словах «управление» и «связь», а в их сочетании. Кибернетика – наука об информационном управлении, и Н. Винера с полным правом можно считать творцом этой науки.
Джон фон Нейман сформулировал общие принципы функционирования ЭВМ:
1. Принцип программного управления. Этот принцип обеспечивает автоматизацию процессов вычислений на ЭВМ.
2. Принцип однородности памяти. Отсутствие принципиальной разницы между программой и данными дало возможность ЭВМ самой формировать для себя программу в соответствии с результатом вычислений.
3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.
4. Принцип двоичного кодирования. Согласно этому принципу вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов.
По мнению фон Неймана, компьютер прежде всего должен иметь следующие устройства:
1. Арифметическо-логическое устройство, которое выполняет арифметические и логические операции.
2. Устройство управления, которое организует процесс выполнения программ.
3. Запоминающее устройство для хранения программ и данных.
5. Внешние устройства для ввода-вывода информации.
Компьютеры, построенные на этих принципах, относят к типу фон-неймановских. На сегодняшний день это подавляющее большинство компьютеров. Но есть и компьютерные системы с иной архитектурой, например, системы для параллельных вычислений.
Задание № 5.
Согласно классификации параллельных архитектур по Флинну ЭВМ, построенные по принципам фон Неймана, относят к типу …
· MIМD – множественный поток команд, множественный поток данных
· SISD – один поток команд, один поток данных
· MISD – множественный поток команд и одиночный поток данных
· SIMD – одиночный поток команд и множественный поток данных
Пояснения.
М. Флинн предложил классифицировать архитектуру ЭВМ согласно числу потоков команд и данных:
1. Вычислительная система с одним потоком команд и данных (однопроцессорная ЭВМ – SISD, Single Instruction stream over a Single Data stream).
2. Вычислительная система с общим потоком команд (SIMD, Single Instruction, Multiple Data – одиночный поток команд и множественный поток данных).
3. Вычислительная система со множественным потоком команд и одиночным потоком данных (MISD, Multiple Instruction Single Data – конвейерная ЭВМ).
4. Вычислительная система со множественным потоком команд и данных (MIMD, Multiple Instruction Multiple Data).
Джон фон Нейман предложил архитектуру вычислительной системы с одним процессором. Однопроцессорные ЭВМ относят к типу SISD.
MIМD – разновидность многопроцессорной архитектуры. Каждый процессор здесь функционирует под управлением собственного потока команд, то есть MIMD компьютер может параллельно выполнять совершенно разные программы. Современные суперкомпьютеры, как правило, строятся по данной архитектуре.
MISD – разновидность многопроцессорной архитектуры. Часто такую архитектуру сопоставляют с конвейером, где каждый процессор одновременно с другими может выполнять свою операцию над выходными данными предыдущего.
SIMD – разновидность многопроцессорной архитектуры, в которой все процессоры выполняют одну и ту же команду, но каждый над своими данными из своей локальной памяти. Такую архитектуру часто называют векторной.
Задание № 6.
Системная шина компьютера включает в себя… (несколько вариантов ответа)
· Шину заземления
· Шину адреса
· Шину управления
· Шину данных
Пояснения.
Для связи процессора с устройствами компьютера используется несколько групп проводников, называемых системными шинами. К ним относятся: шина адреса, шина данных и шина управления. Шина адреса предназначена для передачи адреса нахождения данных в памяти. По шине данных происходит передача данных от процессора устройствам и наоборот. По шине управления передаются сигналы управления.
Задание № 7.
Самой быстродействующей памятью персонального компьютера является …
· Накопители на CD
· Оперативная память
· Винчестер
· Флеш-карта