Историческо развитие на изчислителните устройства • На Блез Паскал обикновено се приписва заслугата за създаване на първата изчислителна машина (1642 година). Тя е можела да извършва събиране на числа, въведени посредством позициониране на набор от шайби. • Блез Паскал формулирал основните проблеми, които трябва да бъдат решавани, при разработване на изчислителни устройства: • по какъв начин да се представят числата в изчислителната машина ? • как да се въвеждат числата в изчислителната машина? • как да се извършват аритметични операции ? • как да се показват резултатите от изчисленията?
Историческо развитие на изчислителните устройства • Чарлз Бейбидж, професор по математика в Кеймбридж, Англия, се счита за баща на съвременните компютри, заради неговите изобретения в областта на механичните изчислителни устройства. • Най-напред, през 1812 годна, той разработва така наречената ‘различаваща’ машина за решаване на полиномиални уравнения по метода на разликите. • По-късно той разработва Аналитична машина – механичен цифров компютър с общо предназначение, контролиран изцяло от програми. Тази машина е била паралелен десетичен компютър, обработващ числа (думи) от по 50 десетични цифри.
Историческо развитие на изчислителните устройства • Идеята за използване на перфокарти като носител на информация влиза в употреба през 1890 година от Херман Холерит. • На състезание за най-добър метод за подреждане (сортиране) на информацията от преброяване на населението, Холерит предлага устройство, използващо перфокарти. Без такова устройство обработката на данните би отнело години, докато с тази машина работата приключва за 6 седмици. • Холерит основава компания за производство на сортиращи машини, която по късно прераства в една от най-известните компании в компютърния бранш IBM (International Business Machines).
Историческо развитие на изчислителните устройства • По времето, когато се разработват първите изчислителни машини с електромагнитни релета, американският професор по теоретична физика Джон Атанасов (с български произход) разработва електронен компютър през периода 1937 – 1942 година. • Той работи в Университета в щата Айова и заедно с асистента си Клифърд Бери разработва компютър, който носи наименованието ABC (Atanasoff-Berry Computer). • Проектът на Джон Атанасов е наблюдаван по време на разработката много отблизо от Джон Мокли. През 1945 година той заедно с Проспер Екарт създават на основата на проекта на Джон Атанасов действащ електронен компютър ENIAC (electronic numerical integrator and computer) – изключителна за времето си машина.
Историческо развитие на изчислителните устройства • През 1967 година наследници на компанията, която основават Джон Мокли и Проспер Екарт (Sperry Rand Corporation), водят съдебен процес срещу Honeywell Inc за запазване на патент за първия електронен компютър ENIAC. • Тогава се установява, че голяма част от патентите за които претендират наследниците на Мокли и Екарт са разработени в проекта на Джон Атанасов. • След продължителен съдебен процес на 19 октомври 1973 година съдия Ърл Ларсън заличава патента на Мокли и Екарт и обявява Джон Атанасов за изобретател на първия електронен цифров компютър.
Двоична бройна система • Eдно число в двоична бройна система би се представяло само с цифрите 0 и 1, например 10010011101. • Тъй като цифрите 0 и 1 са цифри и от десетичната бройна система, за да е ясно в каква бройна система се записва числото, основата на бройната система се записва като индекс към числото: 10111001001(2). • Едно двоично число може да се представи по следния начин: • 11001001(2) = 1. 27+1. 26+1. 24+1. 20 = 128+64+16+1 = 109.
Двоична бройна система • Съответствието между десетичните и двоични числа за началото на числовото множество (първите 10 числа) изглежда по следния начин: • 0 - 0000 81000 • 1 – 0001 91001 • 2 – 0010 10 1010 • 3 – 0011 11 1011 • 4 – 0100 12 1100 • 5 – 0101 13 1101 • 6 – 0110 14 1110 • 7 – 0111 15 1111 • • От таблицата се вижда механизмът на образуване на двоичните числа. • Начинът е същият както при десетичните числа, но тук се комбинират само две цифри вместо 10. • Следващото двоично число 16 съдържа 5 цифри - 10000.
Представяне на информацията • Най-малката порция информация се явява отговорът на елементарен въпрос, изискващ два отговора – ‘да’ или ‘не’. • Това графически може да се представи с една от двете цифри от двоичната бройна система – 0 и 1. • Информацията, съдържаща един от двата възможни отговора ‘да’ или ‘не’ или една от двете цифри от двоичната бройна система се нарича ‘бит’ (bit).
Представяне на информацията • Един бит информация може да бъде представена по различен начин в техническите устройства • в електронните устройства посредством нулево ниво на напрежение и някакво друго ниво; • затворена или отворена електрическа верига; • намагнитен или ненамагнитен участък от магнитен материал и т. н. • По този начин чрез устройства, осигуряващи две устойчиви състояния, може да се представя двоична информация
Представяне на информацията • Двоичната информация се комплектова като съвкупност от битове. • Различните типове и количество информация заемат различен брой битове. • В компютърните системи битовете с двоична информация се групират в елементи, наречени байтове (B - byte). • Един байт се състои от 8 последователно разположени бита. • Производни единици на байта са килобайт (1 KB = 1024 B), мегабайт (1 MB = 1024 KB), гигабайт (1 GB = 1024 MB) и т. н.
Представяне на информацията • Производните единици КВ, МВ, GB, TB (терабайт) се различават малко от стандартните измервателни единици - вместо 1000 като множител за производните единици се използва близкото число 210 = 1024. • Използва се такъв начин на образуване на производните единици поради специфичната природа на двоичните числа (необходима е кратност към основата на бройната система - 2). • Така най-икономично се управляват апаратните ресурси на компютърните системи, при комплектоване и разпределение на паметта.
Цели числа • В зависимост от големината на числото за представянето му са необходими различен брой цифри (битове). • В изчислителните системи за представяне на числата обикновено се отделя фиксиран брой битове (байтове). • Това означава, че в областта определена за представяне на дадено число може да се изобрази стойност в ограничен диапазон. • Максималната стойност (число), която може да се представи в област с n бита се определя от броя на различните комбинации от ‘ 0’ и ‘ 1’, които могат да се съставят с n двоични цифри. • Тъй като броят на комбинациите от две състояния на n елемента е 2 n, то с n бита може да се представи цяло число в интервала 0 ÷ 2 n-1 (числото ‘ 0’ е една от възможните комбинации и максималната стойност е с 1 по-малка). • Така в един байт (8 бита) може да се представи цяло число в интервала 0 ÷ 28 -1 или 0 ÷ 255.
Представяне на символна и текстова информация. • Американският национален институт по стандартизация (ANSI) разработва специална кодова таблица ASCII (American Standard Code for Information Interchange). • Тази кодова таблица намери много широко разпространение, като продължава да се използва и сега (произнася се ‘ас-кий’). • Когато се е разработвал този стандарт, се е смятало, че всички използвани в изчислителните машини символи не надвишават 120 броя и могат да се кодират с не повече от 7 двоични цифри: 27 = 128. • Все пак, като допълнително подсигуряване е прието символите да записват с 8 двоични цифри, което е позволявало да се кодират до 256 символа. • Това всъщност е и причината битовете в паметта да се групират по 8 и да образуват байтове. • Всъщност 1 байт е поле в паметта, където може да бъде записан един символ.
Представяне на символна и текстова информация. • Oсновните символи, използвани в компютърните системи, са кодирани в първата половина на кодовата таблица (номера до 128). • Това са всички възможни двоични комбинации, за които първият бит е 0. • Например, в ASCII таблицата с номера от 48 до 57 се кодират цифрите; с номера от 65 до 190 – главните латински букви; от 96 до 119 – малките латински букви и. т. н • С номера по-големи от 128 (старшият бит 1) са кодирани някои специални символи като символи от немската и френска азбука и редица графични символи за получаване на прости графични обекти (правоъгълници, таблици и други). • Символите с номера над 128 се използваха дълго време за вграждане на други символни вериги (азбуки) в компютърните системи. • По този начин се използваше и кирилицата при създаване на документи и програмно осигуряване на български език. За целта част от символите от стандартната ASCII кодова таблица с номера над 128 се заменяха с графични знаци от кирилицата.
Представяне на символна и текстова информация. • Unicode. • Ако на планетата се използваше само един език (английски), тогава кодовата таблица ASCII щеше да бъде напълно достатъчна и вероятно щеше да се използва много дълго време. • Съществуват обаче множество езици, които при съвременното развитие и използване на компютърните системи изискват много повече от старата ASCII таблица и пригаждането й към различни азбуки. • Особено големи са изискванията на литературата – тя използва много характерни особености на различните азбуки като ударения, транскрипции и други.
Представяне на символна и текстова информация. • Решението на този въпрос (може би също временно) е въвеждането на системата за кодиране Unicode. • Същественото при тази система за кодиране на текстови символи е, че за представянето на един символ се използва не един байт (8 бита), а 2 байта (16 бита). • Това означава, че в Unicode могат да се кодират до 65536 различни символа (216). • Кодът на всеки символ съдържа старши байт (8 бита), който определя веригата (азбуката) и младши байт, определящ конкретния символ в дадената азбука. За всяка азбука се отделят по 265 символа, където се кодират както основните символи, така и специални символи (ударения, графични означения и т. н. ).
Представяне на графична информация • Съвременните компютърни системи могат да обработват графични изображения, картини, анимация, видео. • Тези възможности на компютрите всъщност ги направиха толкова популярни и широко разпространени. • В тази връзка е от съществено значение как се представя едно графично изображение в паметта на компютърните системи и как се обработва графична информация. • Съществуват две категории графични изображения: растерна графика и векторна графика.
Представяне на графична информация • Растерна графика. При растерните методи изображението се представя като съвкупност от отделни елементи от картината, наречени пиксели (pixel – съкращение от picture element). • Казано по-просто, графическото изображение се кодира във вид на последователност от битове, които описват редовете от пиксели. • Ако изображението е черно-бяло, за описанието на един пиксел бихме могли да използваме 1 бит (стойност 0 ако пикселът е бял и 1 – ако е черен). Такава картина би била много проста и неточна, тъй като не се отчита интензивността на черното в отделните пиксели. • Още по-сложно става представянето на цветни изображения. Представянето на графичните изображения чрез съвкупност от пиксели се нарича битова карта на изображението (bitmap).
Представяне на графична информация • Повечето графични устройства (дисплей, скенер, цветен печат и други) разделят цвета на даден пиксел на три основни цвята – червен, зелен и син (RGB – red, green, blue). • При стандартно графично изображение интензивността на всеки цвят се задава с помощта на 256 нива (стойности). • Следователно, за всеки основен цвят на пиксела е необходим 1 байт (8 бита) памет. • Ако изображението се съхранява в растер (разрешаваща способност) от 1280 реда х 1024 пиксела на ред (1280 х 1024) ще са необходими няколко мегабайта (МВ) памет за съхраняване на изображението.
Представяне на графична информация • Съществуват различни методи за сгъстяване (компресиране) на информацията за графичните изображения. • Типични формати за представяне на графика са GIF (Graphic Interface Format), JPEG () и други. • Изображенията могат да се представят и като определена комбинация от цветове (16, 32, 256 цвята). В тези случаи от всички възможни комбинации на интензивност на трите основни цвята се подбира набор от определен брой основни цвята, с които се представя дадена картина (всеки пиксел се идентифицира с някой от тези основни цветове). • Основен недостатък на растерната графика е невъзможността за пропорционално изменение на картината. При увеличаване на размера на картината се получава зърнитост, тъй като размерите на отделните пиксели се увеличават и това се отразява на общия вид на изображението. • Типични програмни продукти, които обработват растерни графични изображения, са Photoshop, Photopaint, Corel Draw и други.
Представяне на графична информация • Векторна графика. Друг способ за представяне на графични изображения е посредством векторна графика. • Изображението се представя като съвкупност от геометрични елементи (линии, окръжности, правоъгълници и други). • В паметта се записват данни, които определят тези елементи (координати, радиуси, ъгли), а приложенията, които обработват графиката, построяват визуалното изображение по тези данни. • Този начин на представяне на графични изображения може да се използва само за схеми, диаграми, графики. Предимството му е, че изображението заема по-малка памет и мащабирането на изображенията не представлява проблем. • Така са построени и голяма част от текстовите шрифтове, което позволява лесното им мащабиране. Най-често използваните графични приложения за работа с векторна графика са Auto. CAD, Corel Draw, Microsoft Visio и други.
Представяне на звукова информация • Най-широко приложение за кодиране на звукова информация (аудиоинформация) е получил методът на измерване на амплитудата на звуковата вълна през определени интервали и запис на получените стойности като двоични числа. • За да се получи необходимото качество на звука, трябва да се използва достатъчно малък интервал на разделяне на времетраенето на звука. • Основното правило е да се подбере такава честота на запис на амплитудата на звуковата вълна, която да е най-малко два пъти по-голяма от максималната звукова честота, която може да се възприеме от човешкото ухо. • В съвременните цифрови системи за запис на звук (музика) се използва звуков формат с отчитане на 44100 стойности на амплитудата на звука за секунда. • Всяка амплитуда се записва в 16 - битов формат (65356 нива на звукова интензивност), а ако е стереозапис, се прилага 32 формат. Следователно за запис на 1 секунда текст са необходими 88200 байта (172400 байта за стереозапис).
Представяне на звукова информация • Използването на такъв формат за запис на звукова информация изисква огромна памет. • Използват се различни начини за компресиране на звуковата информация, така че разходът на памет да стигне поносими нива. • • Един от най-популярните разработчици на формати за компресиране на графична и звукова информация е асоциацията Motion Picture Experts Group (MPEG). • Напоследък голямо разпространение получи един от продуктите на тази група - MP 3, при който се реализира степен на компресия на информацията 12: 1.
Системно програмно осигуряване • Една от най важните задачи на системното програмно осигуряване е достъпът до хардуерните елементи на КС. • Това не може да се извърши директно от програмата на потребителя. • Например, не може да се осъществи директно обръщение на микропроцесора към видеоконтролера на КС. • Вместо това програмата може да използва ROM – BIOS и операционната система (DOS, Windows), които да подготвят правилна заявка за използване на това устройство. • Тези програмни системи се явяват като посредници за достигане на хардуерните елементи. • ROM BIOS–ът и операционната система са създадени именно за тази цел – да управляват достъпа до хардуера.
Системно програмно осигуряване • Взаимодействието между апаратната част на КС и приложните програми с използване на системното програмно осигуряване може да се представи посредством трипластов модел, както е показано на фигурата
Организация на компютърни мрежи • Едно от най-важните изисквания към съвременните компютърни системи е необходимостта от съвместно използване на информацията и ресурсите на различни машини. • Затова компютрите могат да се обединяват в групи свързани помежду си машини, наричани компютърни мрежи. • В миналото основната концепция беше една централна голяма машина да обслужва множество потребители (терминали, малки компютри). • Сега по-често се използва концепцията множество малки компютърни машини да се обединяват в мрежа, в която потребителите ползват съвместно ресурсите, разпределени в цялата мрежа – принтери, скенери, програмни пакети, големи дискове или информация.
Организация на компютърни мрежи • Голяма част от проблемите по координацията на работата при създаването на компютърните мрежи се отнася до частта от операционната система, която управлява обмена на данни между компютърните системи в мрежата. • Всяка компютърна мрежа принадлежи към някоя от следните основни категории: локална изчислителна мрежа (LAN, Local Area Networks) и глобални изчислителни мрежи (WAN, Wide Area Networks). • Локалната мрежа, като правило се състои от няколко компютъра, намиращи се в една сграда или в комплекс от сгради. Например, компютрите използвани в даден университет или в завод могат да се свържат в една LAN мрежа. • Глобалната компютърна мрежа свързва компютри, намиращи се на голямо разстояние един от друг, например компютри, намиращи се в различни части на даден град, страна или света. • Основната разлика между локалните и глобални мрежи се състои в различните технологии използвани за свързване на отделните компютърни системи.
Internet • Ако се свържат няколко съществуващи компютърни мрежи в една обща мрежа се получава мрежа от мрежи. • Най-известната такава мрежа е глобалната мрежа Internet. • Тя възниква през 1973 година с разработване на програма започната от американската агенция DARPA, извършваща изследвания за министерството на отбраната на САЩ. • Целта е била да се разработят средства за свързване на разнообразни компютърни мрежи, които да работят надеждно като единна мрежа. • Сега Internet е глобално обединение на голям брой локални и глобални мрежи, включваща милиони компютри по целия свят. Мрежите в Internet са свързани с помоща на специални машини, наричани маршрутизатори (шлюзове). Тяхната роля е да управляват пренасянето на информация между отделните мрежи в глобалната мрежа.
Internet • Internet може да се разглежда като обединение на мрежови клъстери (обособени глобални или локални мрежи), които се наричат домейни (domain). • Всеки домеин обикновено се състои от мрежи, принадлежащи на някоя организация (университет, учреждение, министерство, голяма компания и други). Всеки домейн се явява автономна система. • Адресът на всяка машина в Internet се задава със символен низ от 32 бита, състоящ се от две части: първата част задава домейна, в който се намира машината, а втората определя конкретната машина в домейна. • Частта от адреса определяща домейна се нарича мрежов идентификатор и се присвоява на домейна от организацията Inter. NIC (Internet Network Information Center - Център за мрежова информация в Internet). • Това се извършва при регистрацията на домейна в Inter. NIC. Тази процедура гарантира, че всеки домейн ще има уникален мрежов идентификатор и ще бъде достъпен от всички домейни свързани в Internet.
Internet • Частта от адреса, определящ конкретната машина в домейна се нарича адрес на възела (host). • Адресът на всеки възел се задава от локалния администратор на домейна. Адресът на една машина се съхранява в битова форма и изглежда по следния начин: 192. 207. 177. 133. • Отделните байтове в адреса обикновено се записват с точка между тях. Тук първите три тройки числа определят мрежовия идентификатор на домейна, а последните - номера на машината в домейна. • Представянето на адреса в битова форма е неудобно за използване, поради което Inter. NIC присвоява на всеки домейн и уникален мнемоничен адрес, който се явява име на домейна. • Така например, мнемоничния адрес на домейна на Югозападен университет е swu. bg.
Операционна система Windows • Windows е многозадачна операционна система. • Това означава, че CPU известно време изпълнява някоя задача, след което я изоставя и известно време изпълнява друга задача, изоставя я и нея и започва трета и т. н. • Ако всеки такъв промеждутък е много кратък, CPU ще се връща към изпълнението на дадена задача много пъти, а за потребителя ще изглежда, че програмите се изпълняват едновременно. • На практика CPU изпълнява разпределение на времето (time sharing), квантуване на времето (time slicing) или временно уплътняване (time domain multiplexing). • Това може да бъде реализирано по два начина. И в двата случая е необходима специална програма, супервизор (supervisor), която осъществява превключване на CPU от една програма към друга.
Графична обвивка на Windows • Основното работно пространство на Windows интерфейса се нарича Desktop. • Това е главният прозорец, който се установява след стартиране на КС. Върху него се намират основните инструменти, чрез които Windows обслужва потребителите на КС. • В пространството на Desktop са разположени определен брой малки картини (икони). • Всяка икона представя определен обект (програма) или папка в която са групирани програми, които могат да бъдат стартирани. Стартирането на програмите се извършва чрез двукратно натискане на бутона на мишката върху иконата на съответната програма. • В терминологията на Windows се използва широко терминът Folder (папка). • Това понятие заменя понятието подкаталог (директория), което се използваше в по-ранните версии на DOS системите.
Графична обвивка на Windows • Разглеждане (проверка) на съдържанието на отделните дискови устройства (програми и файлове) може да се извърши по различен начин. • В стандартната конфигурация на графичния интерфейс на Windows има два инструмента, които могат да се използват за тази цел. Това са My Computer и Windows Explorer. • Първият се намира върху основният прозорец (Desktop) и се разполага още при инсталирането на системата, а вторият може да се позиционира при желание на потребителя. • Основна роля в организацията на работата с Windows играе така нареченият ред (бар) със задачите. • Върху него се намира бутон Start – с него се отваря меню, в което има редица възможности за настройка на операционната система (settings); за търсене на файлове или подкаталози по различни признаци (Find); директно стартиране на програми и др. • Едно от най-важните полета в стартовото меню е Programs.
Скачать презентацию Историческо развитие на изчислителните устройства На Блез
9cbfde00fe2cc0313692c4245f6e09cc.ppt