Programska in strojna oprema: koncept, namen, ravni, značilnosti in parametri

Računalnik je kompleksna naprava, ki je sinteza programske in strojne opreme. Ta stroj je odločilna naloga z izvajanjem ukazov, kot so: dodajanje dveh številk, preverjanje, ali se število razlikuje od nič, kopiranje podatkov iz ene pomnilniške celice v drugo itd. Enostavni ukazi tvorijo jezik, imenovan stroj, na katerem lahko oseba razložite, kaj naj počne računalnik. Vsak računalnik, odvisno od namena, ima določen nabor ukazov. So primitivni za poenostavitev proizvodnje računalnikov. Vendar pa strojni jezik za človeka povzroča velike težave, saj je mučen in izjemno težko pisati na njem. Zato so inženirji izumili več ravni abstrakcij, od katerih vsaka temelji na nižji, do strojnega jezika in računalniške logike, najvišja raven pa je interakcija z uporabnikom. To načelo se imenuje večnivojska struktura računalnika in je predmet strojne in programske opreme računalniških sistemov.


Struktura računalnikov na več ravneh

Kot smo že omenili, sta programska in strojna oprema zgrajena na načelu abstrakcije, od katerih vsaka temelji na prejšnji. Preprosto povedano, da bi osebi olajšali pisanje programov, se na podlagi strojnega jezika ustvari (ali bolje zgrajen) nov jezik, ki je za človeka razumljivejši, vendar povsem nemogoč. Potem paKako računalnik izvaja programe v novem jeziku? Obstajata dva glavna pristopa - prevajanje in tolmačenje. V prvem primeru vsak ukaz novega jezika ustreza nizu ukazov strojnega jezika, zato se program v novem jeziku popolnoma spremeni v program v strojnem jeziku. V drugem primeru strojni jezik ustvari program, ki kot vhod sprejema ukaze v novem jeziku, jih prepozna, prevaja v strojni jezik in izvaja.


Računalniška strojna in programska oprema lahko vsebuje veliko ravni od prvega ali osnovnega do tistega, ki je razumljiv posamezniku. Za ponazoritev tega procesa je koncept virtualnega stroja odličen. Lahko se domneva, da ko računalnik v določenem jeziku izvrši program (npr. C ++), zažene virtualni stroj, ki izvaja ukaze v tem jeziku. Pod virtualnim strojem z ++ je še en, z bolj primitivnim jezikom. Na primer, naj bo asembler. Na tej ravni se zažene virtualni stroj za sestavljanje. In med njimi se zgodi prevajanje ali interpretacija kode. Tako je veliko ravni v eni verigi do prvega - stroja. Virtualni stroj je preprosto koncept, ki vam omogoča, da bolj udobno predstavljate proces na več ravneh. Odgovorimo na vprašanje, ki si ga zastavimo - zakaj ne naredimo računalnika, ki deluje neposredno z istim jezikom s C ++? Dejstvo je, da bo ustvarjanje takšne tehnologije zahtevalo ogromne naložbe v strojno in programsko opremo takega računalnika. To,najverjetneje, vendar bo tako drago, da ne bo več smotrno.

Sodobni računalniki

Do danes so računalniki v večini sestavljeni iz 2-6 stopenj. Ničelna raven - osnovna, torej strojna ali strojna, deluje samo na strojni kodi, ki jo izvajajo računalniški tokokrogi. In na podlagi njih je zgrajen jezik prve stopnje itd. Pojasniti je treba tudi, da se ničelna raven ne konča. Spodaj je tehnična raven - sami tranzistorji in upori, to je fizika trdnega stanja, se imenuje fizična. Tako se ničelna raven imenuje baza, ker se tukaj nahajata strojna in programska oprema.
Nazadnje bomo našteli hierarhično verigo ravni, ki jih vsebuje povprečni računalnik, začenši z ničlo:
  • Ur. 0 - digitalna logika ali strojna oprema - tu so ventili in registri, ki lahko shranjujejo vrednosti 0 ali 1 in pri tem izvajajo preproste funkcije "in", "ali" itd.
  • Ur. 1 - mikroarhitektura - na tej ravni deluje aritmetična logična naprava računalnika. Tukaj začnejo delovati podatki, strojna in programska oprema.
  • Ur. 2 - niz ukazov arhitekture.
  • Ur. 3 - hibridni ali operacijski sistem - ta raven je bolj prilagodljiva, čeprav je zelo podobna ravni 2. Na primer, tukaj lahko programe izvajate vzporedno.
  • Ur. 4 - asembler - raven, na kateri digitalni govorni govorci začnejo popuščati človeku.
  • Ur. 5 - jeziki na visoki ravni (C ++, Pascal,PHP, itd.)
  • Torej vsaka raven predstavlja dodatek za prejšnje in povezane metode prevajanja ali interpretacije, ima svoje abstraktne objekte in operacije. Če želite delati na določeni ravni, lahko načeloma ne veste, kaj se dogaja v prejšnjem. Zaradi tega pristopa je lažje razumeti računalniško tehnologijo.
    Navsezadnje ima vsaka blagovna znamka računalnikov svojo arhitekturo. V tem primeru se arhitektura nanaša na vrste podatkov, operacije in značilnosti vsake ravni. Na primer, tehnologija, v kateri so ustvarjene pomnilniške celice računalnika, ni del pojma arhitekture.

    Računalniški razvoj

    S prihodom tehnologije so se pojavile nove ravni, nekatere so prihajale. Na prvih računalnikih v 40 letih je bilo samo dve ravni: digitalna logika, kjer je bil program izveden, in arhitekturni ukaz, na katerem je bila koda napisana. Zato je bila meja med strojno in programsko opremo očitna, vendar je z naraščanjem števila stopenj začela izginjati. Danes lahko informacijsko strojno in programsko opremo obravnavamo kot identične koncepte. Ker se lahko vsaka operacija, simulirana programska oprema, izvede neposredno na ravni strojne opreme, in obratno. Ni železnih pravil, ki bi nakazovala, zakaj naj bi se ena operacija izvajala strojno, druga pa programsko opremo. Razdelitev poteka na podlagi dejavnikov, kot so cena proizvodnje, hitrost, zanesljivost itd.

    Generiranje računalnikov

    Mehanski računalniki predstavljajo ničelno generacijo. Leta 1640 je Pascal ustvaril strojno upravljani računski stroj, ki je lahko dodajal in odšteval. Leta 1670 je Leibniz ustvaril avto, ki bi se lahko pomnožil in razdelil. Babbage je v tridesetih letih prejšnjega stoletja, ko je porabil vse svoje prihranke, ustvaril analitični stroj, ki je izgledal kot sodoben računalnik, sestavljen iz vhodne naprave, pomnilnika, računalnika in metode izhoda. Stroj je bil tako popoln, da je lahko zapomnil do 1000 besed v 50 decimalnih mestih in hkrati izvajal različne algoritme. Analitični stroj je bil programiran na Assemblerju, "zato je Babbage najel Ado Lovelace, da je ustvaril prve programe, vendar mu ni bilo dovolj sredstev in tehnologije, da bi postavil delo svojega možganskega dela. Atanasov, tako kot Babbage, ni mogel vzpostaviti dela svojega ustvarjanja, končno pa je leta 1944 Aiken ustvaril prvi računalniški sistem splošnega namena Mark I, ki je IG zapomniti 72 besed na 23 decimalnih mest vsakega. V času gradnje Mark II rele računalniki so bili že v preteklosti, vendar pa so nadomestili z elektronskimi.

    Prva svetovna računalniška

    svetovna vojna je spodbudila delo na ustvarjanju računalnikov, kar je pripeljalo do razvoja računalnikov prve generacije (1945-1955). Prvi računalnik na elektronskih žarnicah je bil Turingov stroj COLOSSUS, katerega namen je bilvdiranje šifer ENIGMA. In čeprav je bil računalnik pozen, se je vojna končala in zaradi tajnosti ni vplivala na računalniški svet, vendar je bila prva.
    Nato je v ameriški vojski Moulish začel razvoj ENIAC. Prvi tak računalnik je tehtal tri desetine ton, sestavljen iz 18.000 svetilk in 1500 relejev, programiran je na 6.000 stikalih in porabil ogromno energije. Postavitev programske in strojne opreme takšne pošasti je bila zelo zapletena.
    Zato, tako kot COLOSSUS, stroj ENIAC ni bil ustanovljen in ni potreboval več vojske. Moushliju pa je bilo dovoljeno ustvariti šolo in na podlagi dela na ENIAC-u dati v maso znanje, ki je ustvarilo veliko različnih računalnikov (EDSAC, ILLIAC, WEIZAC, EDVAC itd.). Med celotnim številom računalnikov je bila dodeljena IAS ali računski stroj von Neuman, ki še vedno vpliva na računalnike. Sestavljen je iz pomnilnika, krmilne naprave in I /O modula, lahko shranjuje 4096 besed v dolžino 40 bitov. Čeprav IAS ni nikoli postal vodilni na trgu, je imel najmočnejši vpliv na razvoj računalnikov. Na primer, na njeni podlagi je bil ustvarjen vrtinec - računalnik za resne znanstvene izračune. Navsezadnje so vsa iskanja privedla do dejstva, da je majhno podjetje, proizvajalec punch kartice IBM, leta 1953 oddajalo računalnik 701 in se je začelo premikati z vodilnih položajev na trgu Mouslay in njegov UNIVAC.

    Tranzistorji in prva računalniška igra

    Osebje laboratorija Bella je leta 1956 prejelo Nobelovo nagrado za izum tranzistorjev, ki so takoj spremenili vso računalniško tehnologijo inpovzročil računalnik druge generacije (1955-1965). Prvi računalnik na tranzistorjih je bil TX-0 (TX-2). Ni bil posebej hvaležen, vendar je eden od ustvarjalcev, Olsen, ustanovil DEC, ki je lansiral računalnik PDP-1 na trgu leta 1961. Čeprav je bil bistveno zaostan za parametre IBM-ovega modela, vendar je bil cenejši. Strojna in programska oprema PDP-1 je stala 120.000 dolarjev in ne več milijonov, kot je IBM 7090. PDP-1 je bil komercialno uspešen izdelek. Menijo, da je postavil temelje za računalniško industrijo. Tudi na njej je nastala prva računalniška igra "vesoljska vojna". Kasneje bo PDP-8 sproščen s prelomno tehnologijo enotnega podatkovnega vodila Omnibus. Leta 1964 je CDC in znanstvenik Craig izdal stroj 6600, kar je hitreje z uporabo vzporednega računanja znotraj CPU.

    Prvi koraki IBM-a

    Izum silicijevega integriranega vezja, ki je omogočil uporabo več deset tranzistorjev na enem kristalu, je zaznamoval začetek računalnikov tretje generacije (1965-1980). Bili so manjši in delali hitreje. Pomembno je omeniti IBM, ki je bil prvi, ki se je ukvarjal z združljivostjo različnih računalnikov in začel izdelovati serijo 360 naslovov, programska in strojna oprema modelov serije 360 ​​pa se je razlikovala po parametrih, vendar sta zagotavljala podoben nabor ukazov, zato sta bila združljiva. Prav tako so bili stroji 360 sposobni emulirati delo drugih računalnikov, kar je bil velik preboj, ker je omogočal zagon programov, napisanih na drugih računalnikih. Medtem je DEC ostal vodilni na trgu v majhnih računalnikih.

    EpohaUstvarjanje računalnika

    Četrta generacija (1980 - danes) - VLSI ali super velika integrirana vezja. Prišlo je do ostrega skoka v OP in obstajale so tehnologije, ki omogočajo postavitev silicijevih kristalov, ne desetine, ampak tisoče tranzistorjev. Prišel je čas za osebne računalnike. Prvi operacijski sistemi CP /M; pojav Appleovega trga; Ustvarjanje s strani Intel staršev linijskega procesorja Pentium 386. Tudi tukaj je IBM naredil preboj na trgu in začel ustvarjati osebne računalnike iz komponent različnih podjetij, namesto da bi vse delal sam. Tako se prikaže IBM PC, računalnik se prodaja v zgodovini. Novi pristop k IBM PC-ju je hkrati rodil obdobje osebnih računalnikov, hkrati pa je poškodoval računalniško industrijo kot celoto. Na primer, Intel je požel v edinega voditelja proizvodnje CPU in nihče ne more tekmovati z njimi. Preživeli so le ozko usmerjena podjetja. Pojavi se Apple Lisa - prvi računalnik, ki uporablja grafični operacijski sistem. Compaq ustvarja prve prenosne računalnike, zavzema nišo na trgu in kupi nekdanje voditelje tega segmenta DEC. Če je bil Intel prvi, ki je zadel IBM, je bil drugi udarec majhnega Microsofta, ki je proizvajal OS za IBM. Prvi operacijski sistem je bil MS-DOS, kasneje je Microsoft ustvaril OS /2 za IBM in Windows je bil ustvarjen pod buzzom. OS /2 na trgu ni uspel. Tako sta Intel in Microsoft izpustila IBM. Slednji poskušajo preživeti in ustvariti še eno revolucionarno idejo, ki ustvarja procesor z dvema jedroma. Obstaja nadgradnja strojne in računalniške programske opreme na računrazlične optimizacije.

    Peta generacija

    Vendar razvoj ne miruje. Obstaja sprememba paradigme, pojavlja se predpostavka 5. generacije računalnikov. Vse se je začelo z japonsko vlado, ki je v osemdesetih letih nacionalnim podjetjem namenila ogromna sredstva in jim naročila, naj izumijo naslednjo generacijo računalnikov. Seveda ideja ni uspela. Toda vpliv tega dogodka je bil velik. Japonska tehnologija se je začela prelivati ​​po svetu. Ta tehnika je prevzela vodilno mesto na številnih tržnih področjih: kamere, avdio oprema itd. Zahod se ni hotel samo odpovedati in se pridružiti boju za 5. generacijo. Grid Systems je izdal prvi tablični računalnik Apple je ustvaril žep Newton. Torej so bili dlančniki, elektronski pomočniki ali žepni računalniki. Tukaj IBM-ovi strokovnjaki naredijo nov preboj in prinesejo novo idejo - združujejo naraščajočo priljubljenost mobilnih telefonov z obema uporabnikoma PDA. Tako se je leta 1993 na svetlobi pojavil prvi pametni telefon, imenovan Simon. Delno 5. generacijo lahko obravnavamo kot zmanjšanje velikosti programske in strojne opreme. In tudi dejstvo, da so danes mini-računalniki vgrajeni v katerokoli tehniko: od pametnih telefonov in električnih grelnikov vode do avtomobilov in železniških vlakov - in razširitev njegove funkcionalnosti. Prav tako je treba omeniti razvoj vohunske programske opreme z zaščito programske opreme strojne opreme. Bolj neviden, zasnovan za opravljanje svojih edinstvenih funkcij.

    Vrste računalnikov

    Ni omejeno na strojno in računalniško programsko opremo. AtDanes jih je veliko:
  • računalniki za enkratno uporabo: čestitke, RFID;
  • mikrokontrolerji: ure, igrače, med. oprema in druge naprave;
  • mobilni telefoni in prenosni računalniki;
  • osebni računalniki;
  • strežniki;
  • grozdi (več strežnikov je integriranih v enega)
  • mainframe - računalniki za paketno obdelavo velikih količin podatkov;
  • "tehnologije v oblaku" so glavni računalniki drugega reda;
  • superračunalniki (čeprav se ta razred nadomesti z grozdi, ki lahko izvajajo tudi resne izračune).
  • Glede na te informacije je mogoče strojno in programsko opremo prilagoditi za različne potrebe.

    Računalniške družine

    Strojna programska oprema osebnega računalnika (in ne le nje) se razlikuje glede na hiše. Najbolj priljubljene družine so X86 ARM in AVR. Pod družino se nanaša na arhitekturo skupine ekip. Prva družina - X86 - vključuje skoraj vse osebne računalnike in strežnike (v Windows, Linux in celo Mac). Drugi - ARM - mobilni sistemi. Končno, tretji - AVR - se nanaša na večino mikrokontrolerjev, najbolj nevidnih računalnikov, ki so vgrajeni povsod: v avtomobilih, električnih napravah, televizorjih itd. X86 je razvil Intel. Njihovi procesorji, od modela 8080 (1974) do Pentiuma 4 (2000), imajo združljivost nazaj, to pomeni, da je novi procesor sposoben izvajati programe, napisane za stare. Dedovanje strojne in programske opreme je delo celotne generacije procesorjev, zaradi česar je Intel tako vsestranski.Acorn Computer je stal pri viru projekta ARM, ki se je kasneje ločil in postal neodvisen. Arhitektura ARM je že dolgo uspešna na tržnem segmentu, kjer se zmanjšuje poraba energije. Atmel je najel dva študenta, ki sta imela zanimivo zamisel. Ker so se nadaljevali z razvojem, so ustvarili procesor AVR, ki je drugačen, saj je odličen za sisteme, ki ne zahtevajo visoke zmogljivosti. Procesorji AVR so predmet strogih pogojev, kadar obstajajo stroge omejitve glede velikosti, porabe energije in moči.

    Sorodne publikacije