1.История развития цифровой вычислительной техники. Цвм 1-го и 2-го поколения.

Цифровая вычислительная машина (ЦВМ) – средство автоматизации интеллектуальных процессов.

Первые ЦВМ на базе электронной техники появились в 50-х годах XX века. Элементной базой машин 1-го поколения были дискретные элементы, включающие электронные лампы (основной усилительный элемент), резисторы, конденсаторы, диоды (электронные полупроводниковые).

Основой ЦВМ было АЛУ. Оно реализовывалось на многофункциональном сумматоре, позволяющем реализовывать алгоритмически полный набор операций (алгоритмически полный базис должен обеспечивать реализацию любого алгоритма). АЛУ работало под управлением УКУ, составляющая часть которого – Сч. к. (программный счетчик), РК, ДШК. Назначение Сч. к. – формирование адреса текущей команды (АК). Этот адрес определял размещение команды в ОЗУ. Машины данного типа – фон неймановские (машины с хранимой памятью программы). В настоящее время классифицируются как машины, управляемые контроллерами. Под командой понимается управляющее слово, определяющее функционирование ЦВМ в течение командного цикла. Командный цикл – время исполнения одной машинной операции. Функционально связанная последовательность команд, описывающая алгоритм работы – программа. Программы размещаются в определенной адресной зоне ОЗУ. В более поздних вариантах использовались и ПЗУ, допускающие хранение при отключении питания. Адресуемая команда, либо непосредственно, либо с перекодировкой через АЛУ, загружалась в РК, оттуда управляющее поле (код операции) поступал в ДШК, в функции которого входит формирование внутренних сигналов управления ЦВМ. Реакция на логические условия по результатам управления команды ЦВМ, в зависимости от которого Сч. к. либо работает в естественном режиме адресации +1, либо в режиме ПА (принудительного перехода). Команды в основной памяти размещаются в смежных ячейках. В основной памяти внешних команд размещаются и данные. Адреса данных (АД) берутся из соответствующих полей команды. В общем случае АД могут предварительно перекодироваться в АЛУ перед выборкой данных из памяти. Данные в основном используются в АЛУ перед выполнением операции, но могут рассматриваться и как хранимые адреса команд. Результаты операции – исходная вводимая информация. В более поздних машинах – в ДЗУ, где хранилась информация, которая могла в дальнейшем использоваться в вычислительных процессах. ДЗУ – энергонезависимая память большого объема. Ввод/вывод данных осуществлялся через электромеханические устройства ввода/вывода. Вся перекодировка вводимых данных во внутренние форматы ЦВМ и внешнее управление осуществлялось в АЛУ. Аналогично при выводе данные из памяти преобразовывались в АЛУ. Это обуславливало основной недостаток архитектуры машин 1-го поколения. Перекодировка в АЛУ резко снижала быстродействие. Если быстродействие АЛУ при выполнении операции – единицы, десятки тысяч операций в секунду, то быстродействие электромеханических устройств не превышало сотен символов в секунду. Причем, в первых образцах машин УВВ в принципе не было. Для ввода/вывода использовался пульт управления оператора, через который информация вводилась/выводилась в двоичном или шестнадцатеричном коде. Позже появились машинные символьные языки (ассемблер). Для каждой машины был свой язык и свой компилятор, что обуславливало второй глобальный недостаток – программную несовместимость ЦВМ. Кроме этого электронная база машин обуславливала еще ряд недостатков – высокое энергопотребление (мощность машин определялась киловаттами), малая надежность (один отказ в смену).

Типовые параметры ЦВМ 1-го поколения:

Быстродействие АЛУ – единицы тысяч операций.

Емкость основной памяти – единицы тысяч бит.

Первые ОЗУ реализовывались на электронных лампах. ВЗУ – магнитофоны, магнитные барабаны, магнитные карты.

Каждое поколение приблизительно существовало 5 лет, и в начале 60-х годов цифровая техника перешла на новую базу, что позволило приблизительно на порядок улучшить основные параметры. Архитектура ЦВМ практически не изменилась, лишь электронные лампы были заменены полупроводниковыми транзисторами. В лучших образцах машин 2-го поколения БЭСМ-6 в АЛУ увеличилось количество операций (1 миллион операций в секунду). Проблему пытались решить введением буферных устройств ввода/вывода, чтобы компенсировать разницу быстродействия.