Презентация №1 ААС

1.

Архитектура аппаратных
средств
Преподаватель: Привалова Надежда Сергеевна

2.

Цели и задачи курса
Цель нашего курса – не научить вас паять микросхемы, а дать вам целостную архитектурную картину. Мы
разберем компьютер на составляющие, поймем, как они взаимодействуют друг с другом, и соберем обратно – но
уже в вашей голове, в виде четкой модели.
Наша задача – заложить фундамент, на котором вы будете строить свои профессиональные знания.

3.

Что такое Hardware?
Аппаратные средства (Hardware) – это совокупность всех физических компонентов электронно-вычислительной
машины (ЭВМ), всех устройств, из которых она состоит. Это «тело» компьютера.
Примеры: Процессор, материнская плата, оперативная память, жесткий диск, мышь, клавиатура, монитор.
Есть и противоположное понятие – Software (Программное обеспечение). Это все программы и данные, которые
«оживляют» железо. Hardware без Software – просто груда бесполезных пластика и металла. Software без Hardware
– не имеет физического воплощения. Они неразрывно связаны.

4.

Уровневая модель работы компьютера
Архитектура вычислительной системы – это абстрактное, логическое представление о ее структуре и принципах функционирования. Это
не про то, как детали выглядят, а про то, как они взаимодействуют. Это «чертеж» и «правила игры» для всех компонентов.
Чтобы понять эту сложную систему, давайте посмотрим на нее как на уровневую модель:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Уровень физических компонентов (транзисторы). Самый низкий уровень. Миллиарды микроскопических переключателей
(транзисторов) на кремниевых чипах. Это фундамент всего.
Уровень логических схем. Транзисторы объединяются в логические элементы (вентили), которые выполняют базовые операции
(И, ИЛИ, НЕ). Из них собираются триггеры, регистры.
Уровень микроархитектуры. Логические элементы образуют основные блоки процессора: арифметико-логическое устройство
(АЛУ), кэш-память, конвейер.
Уровень архитектуры системы команд (ISA). Это «интерфейс» между железом и программным обеспечением. Набор команд,
которые понимает процессор (например, сложить два числа, загрузить данные из памяти).
Уровень операционной системы. ОС управляет ресурсами железа (процессорным временем, памятью), предоставляя программам
удобный и безопасный интерфейс.
Уровень прикладных программ. Это то, с чем работаете вы: браузеры, игры, текстовые редакторы. Ваш код живет здесь.
Вывод: Когда вы пишете программу на Python или Java, она спускается вниз по этим уровням, пока не превратится в последовательность
электрических импульсов, бегающих по транзисторам. Мы с вами в этом курсе будем изучать уровни с 2 по 4, чтобы понимать, что
происходит «под капотом» у ваших программ.

5.

Основные компоненты ПК
1.
2.
3.
4.
Процессор (Центральный процессор, CPU, ЦП).
○
Аналогия: Мозг компьютера.
○
Функция: Выполняет программы, обрабатывает данные. Его главные характеристики – тактовая частота (скорость) и
количество ядер (количество «мозгов» внутри).
Память.
○
Оперативная память (ОЗУ, RAM).
■
Аналогия: Рабочий стол.
■
Функция: Быстрая, но временная память для хранения данных и программ, с которыми процессор работает сейчас.
Быстро очищается при выключении питания.
○
Постоянная память (HDD, SSD).
■
Аналогия: Книжная полка или шкаф с документами.
■
Функция: Долговременное хранение всех ваших данных, программ, ОС. Медленнее, но объемнее, чем ОЗУ.
Устройства ввода/вывода.
○
Ввод (Input): Мышь, клавиатура, микрофон, веб-камера. Нужны, чтобы отдавать команды и данные компьютеру.
○
Вывод (Output): Монитор, принтер, колонки. Нужны, чтобы компьютер мог показывать нам результаты своей работы.
Системная (материнская) плата (Motherboard).
○
Аналогия: Нервная система и кровеносные сосуды. Или большой город, где процессор – мэрия, память – офисы и склады,
а устройства ввода/вывода – пригороды.
○
Функция: Это большая печатная плата, которая связывает все компоненты воедино. Она обеспечивает питание и
организует обмен данными между процессором, памятью и всеми остальными устройствами через специальные
магистрали – шины.
Итог по базовым понятиям: Hardware – это физика. Архитектура – это правила их взаимодействия. А компоненты ПК – это кирпичики, из
которых по этим правилам строится система.

6.

7.

Краткий обзор эволюции ВТ (Домеханический и механический период)
Домеханический период:
○ Абак (счеты). (~3000 до н.э.) Первое счетное устройство. Показывает, что потребность в
вычислениях была всегда.
Механический период (XVII - XIX вв.):
○ Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа (1837). Это был настоящий прорыв! Бэббидж
предложил концепцию программно-управляемой машины, имевшей все ключевые компоненты
современного компьютера: «Мельница» (аналог процессора), «Склад» (память), система
ввода/вывода с помощью перфокарт. Его соратница, Ада Лавлейс, написала первую в мире
программу для этой машины, по праву считаясь первым программистом.

8.

I и II поколения ЭВМ
I поколение (1940-е – 1950-е). Элементная база – электронные лампы.
○ Характеристика: Огромные, дорогие, не надежные машины. Тысячи ламп, потребляющие энергию
целого завода и постоянно перегоравшие.
○ Представитель: ENIAC (1946). Создан для расчетов баллистических таблиц. Весил 30 тонн, занимал
несколько комнат. Программирование заключалось в коммутации тысяч проводов. Это был первый
крупносерийный компьютер.
II поколение (1950-е – 1960-е). Элементная база – транзисторы.
○ Характеристика: Транзисторы заменили лампы. Компьютеры стали значительно меньше, дешевле,
надежнее и экономичнее. Появились первые языки программирования высокого уровня (Фортран,
Кобол).
○ Представитель: Компьютеры серии IBM 1401.

9.

III и IV поколения ЭВМ
III поколение (1960-е – 1970-е). Элементная база – интегральные схемы (микросхемы).
○ Характеристика: На одном кремниевом кристалле размещаются сотни и тысячи транзисторов. Резкий
рост надежности и производительности, снижение размеров и стоимости. Появление первых
микропроцессоров (1971, Intel 4004).
○ Представитель: IBM System/360.
IV поколение (1970-е – по настоящее время). Элементная база – сверхбольшие интегральные схемы (СБИС).
○ Характеристика: На одном чипе размещаются миллионы, миллиарды транзисторов. Это эра
персональных компьютеров, которую начали Стив Джобс с Apple II и Билл Гейтс с IBM PC. Появление
мощных многоядерных процессоров, интернета, мобильных устройств.

10.

Закрепление и вопросы
Давайте еще раз повторим самое главное, что мы сегодня узнали:
1.
2.
3.
4.
Hardware – это физические компоненты компьютера.
Архитектура ЭВМ – это набор правил и принципов взаимодействия этих компонентов. Мы
рассматриваем ее как уровневую модель.
Основные компоненты ПК: Процессор, Память (оперативная и постоянная), Устройства ввода/вывода
и Системная плата, которая все это связывает.
Эволюция компьютеров прошла путь от механических устройств до сверхбольших интегральных схем,
что привело к созданию современных многоядерных систем.
Теперь у вас есть базовый фундамент. На следующих занятиях мы начнем погружаться в каждый из этих
компонентов глубже.

11.

Домашнее задание
1.
2.
Письменно дать определения (можно в тетради или в электронном документе):
○ Аппаратные средства
○ Архитектура ЭВМ
○ Hardware
Подготовить краткий доклад (2-3 слайда) об одном из исторических вычислительных устройств:
○ Абак
○ Аналитическая машина Бэббиджа
○ Z1 (первая механическая программируемая машина Конрада Цузе)
○ ENIAC
В докладе укажите: когда было создано, кем, основные принципы работы и его значение в истории
вычислительной техники. Будем готовы кратко презентовать на следующем занятии.