Архитектура ЭВМ. Лекция 0: Предварительные сведения
Введение
Обзор раздела: В этом разделе приветствие и краткое описание курса.
Приветствие и цель курса
- Кирилл Калинкин представляется и объясняет, что будет заниматься архитектурой компьютеров в рамках данного курса.
- Цель курса - обучить слушателей основам электротехники и пониманию работы компьютеров.
История вычислительных машин
Обзор раздела: Рассказывается о древних вычислительных машинах и начале развития компьютерной техники.
Древние вычислительные машины
- Упоминается abacus как одна из самых древних вычислительных машин.
- Отмечается, что счеты не являются полноценными компьютерами, но имеют универсальность в счетах
Источник питания и элементы схемы
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается источник питания, его положительный и отрицательный выводы, а также важность использования батареек. Также обсуждается работа конденсатора.
Источник питания
- Источник питания имеет положительные и отрицательные выводы.
- Плюсовой вывод является большим, а минусовой - маленьким.
- Батарейки используются для подачи постоянного тока.
Конденсатор
- Конденсатор накапливает заряд, не пропуская его через себя.
- Работает в одном направлении: ток проходит только в одну сторону.
- Может использоваться вместо лампочки для свечения при прохождении тока.
Лампочка и диод
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается работа лампочки
Закон Ома и электрические цепи
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается закон Ома, крайние случаи в электрических цепях и управление электричеством.
Закон Ома
- Закон Ома гласит, что сила тока в электрической цепи пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
- Потенциальная энергия в батарейке будет потечь через проводник, а почти не потечет через саму батарейку или идеальный проводник.
- Сопротивление провода можно определить по закону Ома.
Крайние случаи в электрических цепях
- Короткое замыкание происходит при замыкании двух контактов батарейки. Это может вызвать нагревание и повреждение элементов.
- Различные элементы, такие как светодиоды, работают в определенном диапазоне напряжений. Неправильное подключение может привести к их повреждению.
Управление электричеством
- Последовательное подключение элементов в цепи приводит к суммированию сопротивлений, а параллельное подключение увеличивает т
Структура атома и электронный ток
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается структура атома и как электроны влияют на электрический ток.
Структура атома и перенос заряда
- Атом состоит из ядра, которое содержит протоны и нейтроны, и облака электронов.
- Электроны являются носителями заряда и могут перетекать между атомами.
- Подача напряжения на сетку влияет на движение электронов.
Работа транзистора
- Транзистор работает по принципу управления проводимостью.
- Напряжение, подаваемое на базу транзистора, определяет его проводимость.
- Транзистор может использоваться для усиления сигнала или включения/выключения.
Транзистор как элементная база
**
Изменение кривой и использование конденсатора
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается изменение кривой и использование конденсатора для управления напряжением.
Как работает конденсатор
- Конденсатор изменяет кривую путем отдачи энергии со временем.
- Пока конденсатор не зарядится до нужного уровня напряжения, он не достигает стабильности.
- Зарядка и разрядка конденсатора позволяют запасать и отдавать энергию.
Фильтрация с помощью конденсатора
- Конденсатор используется для фильтрации сигналов.
- Он сохраняет энергию, что позволяет контролировать ток через цепь.
Операционный усилитель
- Операционный усилитель используется для оцифровки сигналов в компьютере.
- Компьютер работает с цифровыми сигналами, но в природе они являются непрерывными величинами.
Логические элементы
- Существуют стандартные
Уровень сигнала и его изменение
Обзор раздела: В этом разделе рассматривается уровень единичного сигнала и его изменение. Объясняется, что сигнал не мгновенно переключается между 0 и 1, а происходит постепенное нарастание или убывание сигнала.
Уровень единичного сигнала и шкала
- Уровень единичного сигнала определяет максимальное значение сигнала.
- Шкала делится на диапазоны, где обычно сигнал нарастает или убывает.
- Обратите внимание, что шкала может быть больше по масштабу, чем показано на графике.
Скорость изменения сигнала
- Скорость работы электронной техники зависит от скорости изменения или переключения сигналов.
- Напряжение не переключается мгновенно между 0 и
История архитектуры компьютеров
Обзор раздела: В данном разделе рассматривается история архитектуры компьютеров, начиная с создания электронного компьютера и формулирования принципов его построения.
Создание электронного компьютера
- DARPA (Агентство передовых оборонных исследований) было одним из ведомств, которые занимались созданием электронного компьютера.
- Сформулированы принципы построения архитектуры компьютера, включая адресацию памяти и программное управление.
Принципы построения архитектуры компьютера
- Компьютер должен состоять из памяти и вычислительного устройства. Память должна быть адресуемой.
- Память должна быть однородной и иметь непрерывные адреса.
- Программное управление - данные для работы компьютера хранятся в памяти.
Архитектуры фон Неймана и Гарварда
- Фон Нейман и Гарвардская архитектура не отличаются существенно, за исключением разделения инструкций и данных в памяти в Гарвардской архитектуре.
- В Гарвардской архитектуре инструкции хранятся в одной памяти, а данные - в другой. Это приводит к уменьшению объема памяти, но требует двух шин для доступа к данным и инструкциям.
Процессор как примитивная машинка
- Процессор состоит из вычислительного блока, центрального процессорного юнита и памяти.
- Процессор выполняет инструкции из памяти, использует указатель на текущую ячейку памяти и результаты операций сохраняет обратно в память.
Заключение
Проанализировав данную часть транскрипта, мы рассмотрели историю архитектуры компьютеров, принципы их построения, а также различия между архитектурами фон Неймана и Гарварда. Мы также узнали о роли процессора в компьютере и его основных компонентах.