Całość notatek w wersji PDF dostępna TUTAJ.

Historia i budowa komputerów oraz system binarny.
Komputer (z ang. computer od łac. computare – obliczać, dawne nazwy: mózg
elektronowy, elektroniczna maszyna cyfrowa, maszyna matematyczna) - urządzenie
elektroniczne służące do przetwarzania wszelkich informacji,
Pojęcia podstawowe:
Sygnał Analogowy: - wszystkie wartości składowe tego sygnału są istotne.
Sygnał Cyfrowy: - tylko wartości skrajne (największe i najmniejsze) są istotne.
Wady i zalety wykorzystania sygnałów analogowych i cyfrowych w urządzeniach:
Analogowe:
Wady
Zalety
1. łatwo ulegają zakłócaniu,
1. łatwo identyfikować usterki,
2. skomplikowane bloki konstrukcyjne
2. duża szybkość przeważania
informacji
3. duża szybkość przesyłania
informacji
Cyfrowe:
Wady
Zalety
1. trudno identyfikować usterki,
1. bardzo duża odporność na błędy,
2. małą szybkość przeważania
2. bardzo proste i powtarzalne bloki
informacji
konstrukcyjne
3. mała szybkość przesyłania
informacji
Historia Komputerów:
Starożytność
(urządzenie cyfrowe):
Abak
Jednym z najstarszych urządzeń do przetwarzania informacji był abak,
używany przez starożytnych Egipcjan, Greków i Rzymian. Marmurowe tabliczki do
liczenia z ok. IV wieku p.n.e znajdują się w muzeum w Atenach.
Okres maszyn Mechanicznych
(urządzenie analogowe):
• W 1614r. matematyk szkocki John Neper wynalazł logarytmy oraz zastosował
pałeczki (od jego nazwiska nazwano pałeczkami Nepera), pozwalające na
znaczne przyspieszenie żmudnych obliczeń.
• W 1622r matematycy angielscy E. Gunter i W. Oughtred wynaleźli suwak
logarytmiczny.
• W 1930r. V. Bush skonstruował analogowy analizator równań różniczkowych.
Była to
najbardziej złożona maszyna mechaniczna, jaka kiedykolwiek działała.
(urządzenia cyfrowe):
• Pierwszym znanym cyfrowym mechanicznym urządzeniem liczącym była
czterodziałaniowa maszyna licząca, zaprojektowana przez niemieckiego
astronoma i matematyka W. Schickharda.
• W 1643r. Blaise Pascal franuski matematyk zbudował dwudziestodziałaniową
maszynę do liczenia. Był to pierwszy krok w kierunku automatyzacji urządzeń
liczących.
• W 1801 roku Joseph Marie Jacquard użył do sterowania krosnem tkackim kart
dziurkowanych z zakodowanym na nich wzorem, który miał być tkany.
•
•
•
•
W 1882 roku Charles Babbage angielski matematyk zaprojektował i częściowo
skonstruował maszynę licząca metodą różnic skończonych. W 1833 opracował
projekt maszyny analitycznej działającej na zasadzie zbliżonej do zasady
działania współczesnych komputerów, nazwanej "młynkiem arytmetycznym".
Miała wykonywać podstawowe działania matematyczne, zapamiętywać dane
wejściowe, pośrednie oraz wyniki obliczeń. Wprowadzaniu i wyprowadzaniu
danych służyły karty dziurkowane. Projekt nie doczekał się realizacji z powodu
niskiego poziomu ówczesnej techniki.
Rozwiązania mechaniczne nie pozwoliły na budowę efektywnych urządzeń.
Dopiero pomysł wykorzystania przekaźników doprowadził Howarda Aikena do
realizacji urządzenia o nazwie MARK I, którego budowę sponsorował koncern
IBM. uruchomienie urządzenia nastąpiło 1944r. MARK I wykonywała 3 działania
na 1s. Jedno mnożenie na na 6s. A jedno dzielenie 15s. Maszyna mogła
zapamiętać 72 liczby dwudziestotrzycyfrowe.
1945 Murray Grace Hopper wykrywa pluskwę (bug) w przekaźniku Mark I, co daje
początek terminowi debugging. John von Neumann opisuje architekturę maszyny
z oddzielnie zapisywanym programem. Idee von Neumanna stają się podstawą
konstrukcji wszystkich maszyn, aż do czasów współczesnych. Rok później John
von Neumann konstruuje EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) .
W 1946r. w USA zbudowano maszynę liczącą, do której budowy użyto lamp
elektronowych. Maszynę nazwano ENIAC skrót od Elektronic Numerical
Integrator and Computer. ENIAC był elektronicznym sumatorem i kalkulatorem
cyfrowym. Zawierał 18 tysięcy lamp elektronowych. Ważył 30 ton. Pamięć
mieściła 20 liczb dwudziestocyfrowych. Maszynę wykorzystywano między innymi
do obliczeń balistycznych. ENIAC wykonywał 5000 dodawań na 1s.
Architektura wg von Neumann’a:
• Procesor
• Pamięć operacyjna (RAM, ROM, HDD, CD, DVD, PenDrive itd.)
• Urządzenia wejścia/wyjścia (monitor klawiatura mysz skaner drukarka
głośniki itd)
Język komunikacji podzespołów komputera - System Binarny
Wszystkie elementy komputera porozumiewają się wykorzystując system binarny.
Każda informacja która jest przedstawiona w tym systemie składa się z ciągu zer i jedynek.
Ponieważ tylko te wartości są używane z wewnątrz komputera.
Tablica kodów poszczególnych znaków:
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
…
62
63
64
65
…
126
127
128
129
…
254
255
256
000000000
000000001
000000010
000000011
000000100
000000101
000000110
000000111
000001000
000001001
000001010
000001011
000001100
000001101
000001110
000001111
000010000
000010001
….
000011110
000011111
000100000
000100001
….
001111110
001111111
010000000
010000001
….
011111110
011111111
100000000
Zadania:
5(10)=X(2)
12(10)=X(2)
132(10)=X(2)
167(10)=X(2)
154(10)=X(2)
321(10)=X(4)
111011(2)=X(10)
1010001(2)=X(10)
1110111011(2)=X(10)
121122101102(3)=X(10)
Metoda zamiany systemu dziesiętnego na binarny polega na
kolejnym dzieleniu liczby szukanej na 2 z resztą.
Np. 83(10)=X(2)
83/2=41
41/2=20
20/2=10
10/2=5
5/2=2
2/2=1
83%2=1
41%2=1
20%2=0
10%2=0
5%2=1
2%2=0
1%2=1
83
41
20
10
5
2
1
1
1
0
0
1
0
1
83(10)=1010011(2)
Jak widzimy wynik czyta się z dołu do góry a nie odwrotnie
Analogicznie przeliczanie z systemu binarnego na 10 odbywa się
poprzez wymnażanie kolejnych wartości prze 2n
Np. 1010011(b)=X(10)
1*26+0*25+1*24+0*23+0*22+1*21+1*20=
1*64+0*32+1*16+0*8+0*4+1*2+1*1=83
!!!Uwaga!!!
Metoda ta pozwala na zmianę dowolnego systemu na dowolny
jeżeli tylko w odpowiednich miejscach pozamieniamy bazy.
Zastanów się jak to zrobić. Podpowiedz w systemach o podstawie
większej niż 10 dodaje się litery do zastawu znaków aby uzupełnić
braki. Począwszy od litery A