Многоуровневое представление вычислительных машин

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Основные понятия

Вычислительная машина– комплекс технических и программных средств, предназначенных для решения задач пользователя путем автоматической обработки информации.

Из данного определения видно, для чего нужна ВМ (для решения задач пользователя), каким образом она это делает (автоматически, то есть без участия человека, обрабатывая информацию) и из чего состоит (из двух основных компонентов – аппаратных средств, harware, и программных средств, software).

Вычислительная система (ВС) – совокупность взаимодействующих процессоров или вычислительных машин, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для решения задач пользователя.

Таким образом, понятие ВМ подразумевает наличие одного вычислителя, а понятие ВС – нескольких вычислителей. Хотя в современных компьютерах такое разделение достаточно условно. Например, многоядерный процессор можно отнести как к ВМ, так и к ВС.

Существуют два типа ВМ: аналоговые (АВМ) и цифровые (ЦВМ). В АВМ для представления информации используются непрерывные физические величины, чаще всего напряжение. В ЦВМ информация представлена двоичными кодами. При этом каждый разряд принимает два значения из набора {0,1}. Для представления двоичной переменной используют дискретный сигнал. ЦВМ являются более универсальным средством обработки информации и по ряду наиболее важных общетехнических показателей превосходят АВМ. Поэтому они получили более широкое распространение. В дальнейшем изложении под ВМ будем подразумевать именно ЦВМ.

Отметим, что в настоящее время с термином «вычислительная машина» в отечественной литературе часто используется американский термин «компьютер». Этим отдается дань широкому распространению нового класса вычислительной техники – персональным ВМ.

В связи с массовым применением компьютеров закономерности взаимодействия человека с ВМ стали предметом научных исследований. Результаты этих исследований воплощаются в так называемой информационной технологии – систематических методах и приемах применения ВМ в производственных процессах, управлении, образовании, научной работе, проектировании и других сферах деятельности. Практические применения информационных технологий обусловили создание быстро развивающегося сектора промышленности, получившего название «индустрии информатики» или «компьютерной индустрии».

Многоуровневое представление вычислительных машин

ВМ является сложным объектом, поэтому для упрощения в ней выделяют несколько уровней, рассматриваемых отдельно (рис. 1.1).

Каждый верхний уровень основан на предыдущем нижнем. Так из транзисторов, как из кирпичиков, собираются логические вентили; на вентилях, в свою очередь строятся устройство управления и арифметико-логическое устройство; эти устройства реализуют систему машинных команд ВМ; машинные команды лежат в основе операционной системы и любого языка высокого уровня.