Contenidos principales:
Ideas de diseño de ordenadores (programas almacenados y control de programas)
Composición del hardware informático
Niveles de Sistema de computadoras (computadora a los ojos de diferentes personas)
El proceso de trabajo de una computadora
En primer lugar, ¿qué es una computadora?
A diferencia de los equipos electrónicos comunes , una computadora se compone de hardware y software. El complejo equipo de automatización que lo compone es un dispositivo electrónico que puede manejar, procesar y almacenar información de forma automática, a alta velocidad y con precisión.
La mayor diferencia entre los ordenadores y los equipos electrónicos en general: no sólo el hardware, sino también el software.
En segundo lugar, la clasificación de las computadoras
Las computadoras generalmente se dividen en:
Computadoras analógicas
Computadoras digitales (computadoras)
Las computadoras se dividen en:
Máquinas para fines especiales
Maquinaria general
Las computadoras digitales se dividen a su vez en:
Mainframes, mainframes, computadoras de tamaño mediano, minicomputadoras, microcomputadoras, microcontroladores.
Las principales diferencias son el tamaño, el consumo de energía, los indicadores de rendimiento, la capacidad de almacenamiento, el sistema de instrucciones y el precio de la máquina.
Diferencias entre diferentes ordenadores digitales
Tercero, aplicaciones informáticas
Computación científica
Automatización
Medición y pruebas
Procesamiento de información
Educación y salud
Electrodomésticos
Inteligencia artificial
Ideas de diseño informático
Las computadoras son tan mágicas, entonces, ¿cómo funcionan y cómo se fabrican?
La primera computadora digital electrónica del mundo fue la ENIAC, que nació en la Universidad de Pensilvania el 5 de febrero de 1946.
El primer ordenador ENIAC del mundo
Características de ENIAC:
Uso del sistema decimal
20 acumuladores, 10 bits
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Programación manual con interruptores
18.000 tubos de ensayo
Con un peso de 30 toneladas
Tiene una superficie de 170 metros cuadrados.
El consumo de energía es de 140 KW.
5000 operaciones de suma por segundo
Hoy en día, ENIAC no es perfecta, pero su nacimiento supone un hito.
Computadora Von Neumann
Mientras desarrollaba ENIAC, un equipo de investigación encabezado por el matemático húngaro von Neumann propuso un pensamiento de diseño informático de "programa almacenado y controlado por programa", la computadora EDVAC que encarna este diseño. El pensamiento salió a la luz en 1951.
El concepto de control de programas almacenados de von Neumann se puede resumir de la siguiente manera:
El hardware informático debe estar compuesto por cinco componentes básicos: unidad aritmética, controlador, memoria, dispositivo de entrada y equipo de salida.
Las computadoras usan binario para representar instrucciones y datos.
Lo más importante es almacenar el programa programado y los datos originales en la memoria con antelación, y luego poner en funcionamiento el ordenador.
Actualmente, la mayoría de ordenadores siguen basándose en los conceptos de programas almacenados y control de programas, conocidos como ordenadores von Neumann.
En quinto lugar, la representación digital de la información
Los códigos digitales pueden representar información.
Usa códigos numéricos para representar datos numéricos
Usa códigos numéricos para indicar instrucciones.
Representar imágenes con códigos digitales
Las señales digitales pueden representar códigos digitales.
Nivel: alto significa 1, bajo significa 0.
Pulso o no: sí significa 1, no significa 0.
-La información se puede representar mediante números, los cuales pueden representarse por 1 o 0.
6. Modo de trabajo del programa almacenado
Programación anticipada en función de la resolución de problemas.
Guarda el programa en tu ordenador.
Inicia el ordenador para ejecutar automáticamente el programa
-Refleja el proceso de uso de los ordenadores para resolver problemas.
7. Composición del hardware del ordenador
Almacenamiento
Patata
Controlador
Memoria principal
p>Dispositivos de entrada
Dispositivos de salida
Almacenamiento auxiliar
Unidad central de procesamiento
Control
Datos
Dirección/Descripción
Host
Periféricos
1, Operador
La función del operador Es realizar operaciones aritméticas, operaciones lógicas y conversiones de datos.
Los números binarios se suelen utilizar para las operaciones. El 1 y el 0 se pueden representar mediante el nivel de voltaje y la presencia o ausencia de pulsos.
Las reglas de operación de los números binarios son simples, fáciles de implementar en circuitos electrónicos y tienen una alta confiabilidad.
2. Controlador
La función del controlador es coordinar el trabajo automático de los componentes del ordenador. Específicamente, los pasos (instrucciones) para resolver el problema se recuperan de la memoria, se analizan y luego se realizan algunas acciones.
La función de la instrucción es indicarle al controlador qué hacer, de dónde vienen los datos y adónde van los resultados. Este manual de instrucciones consta de dos partes:
Las instrucciones se expresan en binario y se almacenan previamente en la memoria, llamados programas almacenados.
El controlador controla la computadora para completar las tareas informáticas de acuerdo con el programa almacenado, lo que se denomina control de programa.
Los programas almacenados y el control de programas son ideas de diseño importantes de las computadoras von Neumann.
Código de operación
Código de dirección
3. Memoria
La función de la memoria es almacenar programas y datos.
La memoria está compuesta por dispositivos semiconductores. Un flip-flop representa 1 bit binario y 16 bits requieren 16 flip-flops.
Todos los flip-flops que almacenan un número se denominan colectivamente unidad de almacenamiento. Cada unidad tiene un número llamado dirección.
El número total de todas las unidades de almacenamiento de una memoria se denomina capacidad de almacenamiento y generalmente se expresa en KB, MB y GB. Cuanto mayor sea la capacidad de almacenamiento, más información se podrá recordar.
4. Dispositivo de entrada
La tarea del dispositivo de entrada es enviar programas preparados y datos sin procesar a la computadora y convertirlos en un formato de información que la computadora pueda reconocer y aceptar.
Existen muchos tipos de dispositivos de entrada, como ratones, teclados y escáneres.
5. Dispositivo de salida
La tarea del dispositivo de salida es enviar los resultados del procesamiento de la computadora fuera de la computadora en una forma aceptable para los humanos u otros dispositivos.
Existen muchos tipos de dispositivos de salida, como monitores e impresoras.
CPU, host, periféricos
Unidad central de procesamiento CPU:
CPU = Controlador de unidad aritmética
Host de la computadora:
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Host = memoria principal de la CPU
Dispositivos externos:
Dispositivos de hardware distintos del host
Estructura del bus de la computadora
El bus es un conjunto de canales públicos de tiempo compartido para la transmisión de información que pueden ser compartidos por múltiples componentes funcionales. Es un mecanismo de interconexión que constituye un sistema informático.
Características del bus: tiempo compartido, * * * *
El bus único es una estructura de bus. No es una línea de señal, pero incluye un bus de direcciones, un bus de datos y un bus de datos. un autobús de control.
Bus del sistema
Compromiso/Interfaz
Compromiso/Interfaz
Dispositivos periféricos
Dispositivos periféricos
Unidad Central de Procesamiento
Memoria Principal
9. Software de Computadora
El software se divide en dos categorías:
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Software del sistema
Software de aplicación.
El software del sistema se divide en cuatro categorías:
Programa de servicio
Programa de idioma
Sistema operativo
Base de datos Sistema de Gestión
Ejemplos de software de aplicación:
Programa de diseño de ingeniería
Programa de procesamiento de datos
Programa de control automático
Plan de Gestión Empresarial
Programa de recuperación de información
Programa de informática científica, etc.
Desarrollo de Software
Lenguaje de Máquina
Lenguaje Ensamblador
Lenguaje de Algoritmo
Sistema Operativo
Sistema de gestión de bases de datos
Ensamblador
¿Qué es esto?
Lo traduciré
Intérprete/Compilador
Nada, yo
Explicamos/traducimos
100101110
001100101
110000110
.. .
X. Estructura jerárquica del sistema informático
Una computadora no puede considerarse simplemente como un dispositivo electrónico, es un todo muy complejo compuesto de hardware y software.
Los ordenadores no son exactamente los mismos dispositivos electrónicos para diferentes observadores.
Una computadora vista por un usuario común
Una computadora vista por un usuario profesional
Una computadora vista por un diseñador de computadoras.
La jerarquía de las computadoras
Generalmente se considera que la informática consta de seis niveles diferentes:
Sexto grado
Nivel de lenguaje aplicado
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El quinto nivel
Nivel de lenguaje avanzado
La cuarta etapa
Nivel de lenguaje ensamblador
La tercera etapa
Nivel de lenguaje ensamblador
La tercera etapa
p>Nivel de sistema operativo
Adjunto
Nivel general de máquina
Primer paso
Nivel de microprograma
Especialmente diseñado para cumplir un propósito determinado, su lenguaje es una variedad de lenguajes de aplicación orientados a problemas. Lo que ven los usuarios es una máquina inteligente que puede resolver algunos problemas especiales.
El nivel de lenguaje de alto nivel está configurado para facilitar a los usuarios la escritura de aplicaciones. Es compatible con varios compiladores de lenguajes de alto nivel y está orientado a programadores.
Se proporciona un lenguaje simbólico, el lenguaje ensamblador, para reducir la complejidad de la programación y el ensamblador lo traduce al lenguaje de máquina. Este nivel es compatible con el ensamblador.
Se implementa a través del sistema operativo. El sistema operativo gestiona directamente los recursos de software y hardware de las máquinas tradicionales y es una extensión de las máquinas tradicionales. Al mismo tiempo se deben programar tareas de todo el sistema.
El lenguaje de máquina es el conjunto de instrucciones de la máquina. Los programas en lenguaje de máquina pueden ser interpretados por microprogramas, es decir, los microprogramas interpretan el sistema de instrucciones de la máquina. Esta capa es la interfaz entre el software y el hardware.
Los microprogramas escritos mediante microinstrucciones se ejecutan directamente por hardware. El microprograma se solidifica en una ROM, que a menudo se denomina "firmware". El segundo nivel es para diseñadores de máquinas.
Computadora virtual
Máquina física
Equivalencia lógica entre software y hardware
El hardware es la base del sistema informático, y el software es la base del sistema informático. Flexibilidad del sistema informático.
Cualquier operación puede implementarse mediante hardware y software; la ejecución de cualquier instrucción puede completarse mediante software o hardware. Esta es la equivalencia lógica de software y hardware.
El límite entre el primer nivel y el segundo nivel se está expandiendo al tercer nivel o incluso a niveles superiores. El software suele solidificarse y el programa solidificado se denomina firmware.
El proceso de ejecución de programas por computadora
Coloque el programa programado en la memoria principal y obtenga las instrucciones una por una bajo el control del controlador para su ejecución. Tomando como ejemplo la unidad aritmética con una única estructura de registro de acumulación, calcule a b-c=
Indicadores técnicos de la computadora
Longitud de la palabra de la máquina: el número de bits de información binaria que pueden ser directamente procesado. La longitud de la palabra indica precisión. Cuanto mayor sea la longitud de la palabra, mayor será la precisión.
Frecuencia de reloj: Frecuencia de reloj de la CPU.
En términos generales, cuanto mayor sea la frecuencia del reloj, más rápido funcionará.
Ancho del bus: Número de bits de información que el bus de datos puede transmitir en paralelo a la vez. Generalmente se refiere al ancho del bus de datos externo.
Capacidad de almacenamiento: número total de palabras binarias que el sistema puede almacenar, unidad: KB, MB, GB, TB, PB.
Velocidad de operación: cuántas instrucciones se pueden ejecutar por segundo, medida en millones de instrucciones por segundo.
XI. El pasado y el futuro de las computadoras
La primera computadora digital electrónica del mundo fue la ENIAC, que nació en la Universidad de Pensilvania el 5 de febrero de 1946. Desde la perspectiva actual, esta computadora consume mucha energía y no es perfecta, pero es una innovación que hace época en la historia de la ciencia y sentó las bases de las computadoras electrónicas. Desde sus inicios, las computadoras han pasado por cinco etapas de cambio.
El pasado de los ordenadores
Primera generación: ordenadores de tubo de 1946.
Segunda generación: ordenadores a transistores desde 1958.
La tercera generación: ordenadores de circuitos integrados de pequeño y mediano tamaño desde 1965.
Cuarta generación: Las computadoras con circuitos integrados de gran y muy gran escala comenzaron en 1971.
Quinta generación: ordenador VLSI de 1986.
Desde el nacimiento de las computadoras en 1946, cada cinco años, la velocidad de computación ha aumentado 10 veces, la confiabilidad ha aumentado 10 veces, el costo ha disminuido 10 veces y el tamaño ha disminuido 10 veces. El proceso de desarrollo de las computadoras durante los últimos 60 años se basa en la estructura de la computadora von Neumann y se centra en cómo aumentar la velocidad.
El futuro de las computadoras
Las microcomputadoras se desarrollarán en la dirección de la miniaturización, la creación de redes, el alto rendimiento y la multipropósito.
Las supercomputadoras se están desarrollando hacia inteligencia y procesamiento paralelo de mayor tamaño y velocidad ultra alta.
Entrando en una arquitectura centrada en la comunicación, el ordenador es la red.