Вопросы госэкзамена по направлению
09.03.03 «Прикладная информатика», 2020-2021 уч.Год Дисциплина «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации»
Понятие вычислительной системы; архитектура и организация; этапы развития
Вычислительная система (ВС) – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или вычислительных машин, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенная для решения задач пользователя.
Вычислительная машина (ВМ) – совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для автоматизации подготовки и решения задач пользователя.
Архитектура ВМ – логическое строение или как ВМ представляется программисту. Организация ВМ (структурная) – то из чего физически состоит ВМ.
Эволюция вычислительных систем, отдельный раздел теории развивающихся систем – описывает наиболее крупные изменения, составляет прогнозы на ближайшие перспективы.
Этапы эволюции связаны с Джон фон Нейман, который в конце 40-х годов XX века описал концепцию вычислительной машины, которой мы руководствуемся и по сей день.
1) До-Неймановский. До 40-х годов. Первые вычислительные машины.
2) Фон-Неймановские. Конец 40-х, 50-е годы.
3) Пост-фон-Неймановские. В концепцию добавились параллельные системы.
Развитие ВС можно проиллюстрировать:
Поколение вычислительных систем – не строгая классификация, проводимая по их элементной базе.
Поколения вычислительных систем далее рассматриваются с позиции технических нововведений, которые появлялись в различные годы.
Леонардо да Винчи, Готфрид Лейбниц, Чарльз Бэббидж, Алан Тьюринг, Конрад Цузе – механические ВМ.
(
Вычислительная система – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессов, или вычислительных машин, периферии и ПО предназначенное для решения задач пользователя.
Вычислительная машина – это комплекс аппаратных и программных средств, предназначенных для автоматизации подготовки и решения задач пользователя.
Архитектура ВМ – это логическое построение ВМ, то как она представлена программисту.
Организация ВМ – физическое построение ВМ, т.е. структура организации.
Этапы развития ВМ:
Этапы эволюции вычислительных систем связаны с Джоном фон Нейманом. Он предложил концепцию машины с хранимой в памяти программой. Прообраз всех ныне существующих вычислительных машин.
1) До начала 40-х годов «до фон Неймановский этап эволюции развития вычислительной техники»;
2) до 70-х «фон Неймановский этап развития вычислительной техники»;
3) в середине 70-х «пост фон Неймановский этап развития вычислительной техники».
)
Краткая характеристика первого и второго поколений вычислительных систем
1) Конец 1945-1955. Электронные лампы. В 46-м году первый компьютер ENIAC. Джон фон Нейман написал статью в которой обосновал главные принципы компьютерной техники, предложил концепцию машины с хранимой памятью программой.
Главные идеи:
Программный код должен быть физически представлена аналогично данным (хранится в памяти как данные). Вся компьютерная арифметика должна быть представлена бинарно.
В
своей статье описал структуру ВМ,
состоящую из памяти, устройства управления
(УУ), арифметическо-логического устройства
(АЛУ) и аккумулятора или буфера (АКК),
отвечающего за ввод и вывод.
На данной архитектуре была построена экспериментальная машина EDVAC, имеющая 4096 слов по 40 разрядов. Каждое слово – 40 бит, это может быть число из 40 бит или же 2 команды по 20 бит. При этом код операции (КОП) – 8 бит, а адресная часть (АЧ) – 12 бит.
В 1953 год - на рынок выходит IBM. В СССР в 1951 году построена МЭСМ, в 1953 БЭСМ.
2) 1955-1965. Транзисторы. 1956 г. – нобелевская премия 3 учёным за изобретение транзистора. Множество коммерчески успешных вычислительных машин, которые стали активно использоваться крупными корпорациями, банками, университетами на ряду с IBM, немалую долю рынка охватила DEC (машины TX0, TX2, PDP-1 (легенда вычислительной техники)).
1964 - Появление параллельных вычислительных систем фирмы CDC (CDC 6600 под руководством Сеймура Крэй, который имел 10 вычислительных блоков, обеспечивающих 1 MFlops). Flops – число операций с плавающей запятой в секунду.
Первые высокоуровневые языки программирования: Кобол, Алгол, Фортран (по сей день на суперкомпьютерах).
(
Поколения вычислительных систем - не строгая классификация вычислительных систем, проводимая по степени развития аппаратных и программных средств.
Первое поколение (1945-1955 годы)
Основной толчок развития вычислительной техники стала Вторая Мировая Война.
Возникли следующие задачи:
кодирование сообщений
декодирование сообщений
управление (наведение) артиллерии
моделирование военных операций (исследование)
Пример:
Enigma – немецкий
C
olossus
- английский
В 1943 году в США был сооружен компьютер ENIAC на радиолампах в виде двухэтажного здания, в котором размечалось 18 тысяч электронных ламп, 1.5 т. рыле. Потребление 140 Кв.
В конце 40-х годов Дж. фон Нейман пришел к выводу, что программа должна быть представлена в памяти компьютера, единообразно с данными. А десятичная арифметика заменена на двоичную.
УУ- устройство управления
АЛУ - арифметико-логическое устройство
АКК – аккумулятор (хранитель данных)
Второе поколение (1955-1965 годы)
Открывает поколение изобретение транзистора. Что привело к повышению надежности, десяти кратному уменьшению размеров и потребления энергии
Линейка компьютеров: ТХ0-ТХ2-РДР 1
IBM - выпускают 7090, который имеет серийный выпуск и ориентировано на рыночную реализацию.
Существенной новацией второго поколения является появление первых параллельных вычислительных систем, в частности СДС 6600 - содержал 10 вычислительных блоков, работающих параллельно. Обладал огромной, по тем временам, мощностью 1 миллион операций с плавающей запятой в секунду.
Так же ко второму поколению относится появление языков высокого уровня программирования, которые стали предшественниками современных языков. В частности, АЛГОЛ60, ФОРТРАН56, КОБОЛ59.
Изменения:
1) Индексные регистры. Адрес операнда определяется суммой адресной части команд и содержимого индексного регистра. Адрес операнда рассчитывается на основе смешения.
2) Операции с плавающей точкой (запятой).
3) Появление отдельных процессоров ввода вывода.
4) Появление первых параллельных вычислительных систем
)