Загальні відомості

Тема: Мікро – і мінІ- ЕОМ – технічна база АСУТП

ЛЕКЦІЯ 6

 

 

 

6.1 Загальні відомості

 

6.2 Архітектура комп'ютера

 

6.3 Основні мікро- і міни ЕОМ, ЩО застосовуються в АСУТП

 

 

Рух людства до ЕОМ мав цілком визначену мету: за допомогою повної автоматизації спростити і прискорити процес обчислень.

Потреба в розрахунках виникнула в людини дуже давно і він став пізнавати міру кількості – число. Виявилося, що усе у світі може бути подано числом, а всяка в ньому зміна також виражається співвідношенням між числами. Це було надзвичайним відкриттям, подвигом, що приписувався міфічним героям.

От як поетично описує древньогрецький поет і драматург Эсхіл подвиг Прометея:

Послушайте, что смертним создал я:

Число им изобрел и букви нучил соединять

Им память дал – мать муз, всему причину.

Рахунок у людей розвивався й удосконалювався постійно, протягом багатьох століть. На зорі цивілізації наш предок, первісна людина – знала тільки два числа – один і два. Якщо предметів було більше двох, він говорив просто "багато".

Поступово до перших двох чисел додавалися нові. Люди навчилися рахувати до п'яти і з'єднувати дві "п'ятірки" у десяток. Цьому навчила їх "рахункова машина" якої наділила людини сама природа: його дві руки.

Пальці – найпростіший обчислювальний інструмент. Вони дозволяли не тільки рахувати, але і були засобом для зберігання результатів рахунку. Загнуті пальці ніби запам’ятовують пораховане число.

Потім замість пальцеового рахунку почали застосовувати різноманітні предмети – камінці, палички, черепашки на мотузках – перші примітивні знаряддя рахунку. Вони дуже довго служили людям. Нащадки тих пристроїв служать нам і зараз. Тільки стали вони набагато "розумніші".

Людина поступово удосконалює методи обчислень і створює різноманітні засоби рахунку. Так у Росії з древніх часів застосовувалися пристосування для " дощатого рахунку" – прообраз наших пристроїв із кісточками. У античному світі рахували на абаці – дошці з вертикальними прорізами або лініями, по яких пересувалися які-небудь предмети.

Абак (абака) – це слово перекладається як рахункова дошка – довгим часом залишався основним рахунковим приладом древніх народів. На абаці рахували єгиптяни, римляни, японці. Особливо були розвинуті такі обчислення у Китаї. Китайці могли робити на абаці, крім найпростіших, також дії з дробами, витяг квадратних і кубічних коренів, крім того, обчислювалися навіть корені системи лінійних рівнянь.

Рахунки на абаці збереглися і до наших днів. У досвідчених руках вони можуть сперечатися по швидкості рахування з простою рахунковою машиною. Але все це цілком залежить від самого оператора-обчислювача. А рахувати доводилося усе більше і більше. Тому почався пошук шляхів механізації рахування.

Одну з перших машин, що сумують, створив у 1642 р. знаменитий французький вчений Блез Паскаль. На відміну від рахункових інструментів типу Абака, в арифметичній машині замість предметного представлелення чисел використовувався обертальний рух осі (колеса), тобто додаванню чисел відповідає додавання пропорційних їм кутів, причому розрядність чисел здійснюється продовженим зубом, який має кожне колесо. Це дозволяє при виконанні одного обороту колеса першого розряду перевести колесо десяткового розряду на одне ділення. Цей принцип широко застосовується у сучасних приладах – лічильниках, спідометрах, тощо.

Механізм переносу у данних пристроях діє тільки в одному напрямку обертання коліс і не припускає виконання операції віднімання обертанням коліс в зворотню сторону. Тому Паскаль замінив операцію віднімання операцією додавання з десятковим доповненням. Наприклад, необхідно обчислити: 285–11 = 285 – (100 – 89) =285 + 89 – 100= 274. Потрібно тільки не забувати відняти 100.

Машина Паскаля була практично першим сумуючим механізмом, побудованим на цілком новому принципі, при якому рахують колеса. Вони складали на сучасників величезне враження, про них складалися легенди, а Паскаля називали часто «французький Архимед».

Проте, справедливості заради, слід зазначити, що пальма першості належить усе ж не Паскалю. Проект подібної рахункової машини був створений щонайменше на два десятиліття раніш, а сама машина була виготовлена у 1623 р. Автором її був професор математики Тюбингенського університету Вільгельм Шиккард. Але, як ні дивовижно його винахід не одержав значного поширення і спогадів про цю машину в жодній із відомих наукових праць сучасників немає.

Втім, як виявилося, і Шиккард не був першим винахідником рахункового колеса. Наприкінці шістдесятих років нашого сторіччя серед неопублікованих рукописів Леонардо і Вінчі був виявлений ескіз 13 – розрядного сумуючого пристрою із десятизубчатими колесами.

Праці Паскаля зробили помітний вплив на подальший хід розвитку обчислювальної техніки.

1694 р. – машина Лейбниця, дозволяла виконувати також і множення, за рахунок ступічатого валика (рисунок 1).

 

 

Рисунок 6.1 Принцип дії машини Лейбниця

 

1820 – на принципі валика Лейбниця був побудований арифмометр Томаса – перша рахункова машина, що виготовлялася серійно.

1874 – петербурзький механік Однер розробив нову конструкцію числового колеса з висувними зубцями, що явився основою для випуску популярного у 60 –тих роках арифмометра «Фелікс».

За наступні три десятиліття, тобто в другій половині ХІХ сторіччя, з'явилося ціле покоління механічних рахункових машин таких авторів, як Сломинский, Фельт, Брроуз, Боле, а також арифмометр Чебишева, у якому на відміну від попередніх конструкцій, де перенос десятків із нижчого розряду у вищий відбувався стрибкоподібно, цей прилад мав безупинну передачу десятків, тобто колесо одиниць роблячи один оберт повертає колесо десятків на 1/10 оберта , а сотень - на 1/100 і т.д.

У 1812 р. професор математики Кембриджського університету Чарльз Бебидж приступив до розробки т. зв. різницевої машини, призначеної для ітераційних процесів, тобто обчислень по порівняно нескладній серії операцій із уведенням щоразу отриманих раніше результатів. Він пропрацюв над цією машиною десять років, але через постійні внесення в конструкцію змін, так її і не закінчив. У процесі роботи в нього виникла ідея розробки автоматичної машини для будь-яких обчислень, роботу над який він початків у 1833 р. Це пристрій, забезпечував би автоматичне виконання заданої програми обчислень одержав назву аналітичної машини. Цю машину винахідник, а потім і його син, будували в цілому 70 років, але до серійного випуску вона так і не була доведена. Цей винахід настільки випередив свій час, що ідеї, закладені в ньому, вдалося реалізувати лише в середині 20-го сторіччя в сучасних ЕОМ.

Перша електронна обчислювальна машина була створена у 1945 р. Це був електронний інтегратор і обчислювач "ЕНІАК" – розробники - інженери Маучлі і Эккерт. Будувалася машина в Пенсільванському університеті (США) в обстановці глибокої таємності, і тільки у 1946 р. відбулася її перша привселюдна демонстрація. В основу цієї ЕОМ були ппокладені ідеї, висловлені в 1937 р. американським фізиком болгарського походження Д.В. Анатасовым. Більш того, він спроектував і побудував перший комп'ютер, що назвали "АВС", який практично закінчив у 1942 р. Однак ввести його в експлуатацію по різних причинах не вдалося.

ЕНІАК був, по суті, першою працюючою машиною, у котрої увесь комплекс обчислювальних робіт (запам'ятовування і збереження інформації) – був реалізований на електронних схемах. Завдяки переходові на безінерційні елементи у вигляді електромагнітних реле ЕНІАК робив обчислення в тисячу разів швидше усіх своїх попередників. Але принцип рахування в нього був той же, що й у його механічних побратимів. Десять тригерів з'єднувалися в кільце, створюючи десятковий лічильник, по принципу рахункового колеса. Десять таких кілець плюс два тригерні осередки для відображення знака числа складали запам'ятовуючий регістр, яких в ЕОМ було двадцять. У машині власне програми не було. Програмування здійснювалося шляхом комутації окремих блоків ЕОМ за допомогою спеціальних механічних перемикачів, кабелів, і штекерів. Готували машину до роботи декілька днів, розробляючи необхідну комутацію, а працювали над рішенням задачі – декілька хвилин. І усе ж, незважаючи на свої недосконалості, ЕНІАК показав можливості, що містить у собі нова електронна обчислювальна техніка. У надрах цієї машини зародилася ідея принципово нової ЕОМ, автором якої є видатний натураліст і математик ХХ сторіччя Джон фон Нейман, що поставив задачу ширше: автоматизація обчислень за допомогою автомата, що працює по заданій програмі, яка вводиться в машину попередньо (принцип збереженої пам'яті).

У 1945 у тому ж Пенсільванському університеті почали роботу над ЕОМ нового типу, що складалася з агрегатів, які є базовими і для сучасних машин. Ця ЕОМ, під ім'ям ЕДВАК були закінчена в 1950 р, проте американців випередили англійці, які роком раніш створили ЕОМ ЕДСАК, що виявилася першою у світі "дійсною" ЕОМ із збереженою пам'яттю. Ця машина була побудована в Кембриджському університеті під керівництвом професора Уілкса і при участі видатного англійського математика А. Тьюринга. З тих пір ЕОМ у своєму розвитку пройшла п'ять поколінь (лампові, транзисторні, на ІС, на БІС, із штучним інтелектом).

Дотепер ЕОМ ми розглядали як складні, дорогі пристрої, що застосовуються, в основному, для обсяжних розрахунків і рішення задач оптимізації . Проте, завдяки створенню мікропроцесорів (МП) і побудованих на їхній базі мікроЕОМ, відкрилися надзвичайно широкі можливості для використання обчислювальної техніки для керування виробництвом і, зокрема – технологічними процесами .

Що таке МП? Ми вже говорили про застосування ВІС в ЕОМ. МП – це ВІС із програмувальною логікою. Можливість побудови МП з'явилася зі створенням сучасної технології ІС. Це транзисторні схеми (Логіка) із резисторними (РТЛ) і резисторно-конденсаторними (РКТЛ) зв'язками, діодно-транзисторні схеми (ДТЛ), еміторно-звязані транзисторні схеми (ЕЗЛ), транзисторно-транзисторні (ТТЛ), інтегрально-инжекційні (ІІЛ або И2Л).