Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Архив2 / курсач docx180 / kursach(7).docx
Скачиваний:
61
Добавлен:
07.08.2013
Размер:
439.05 Кб
Скачать

Счётно-решающие средства до появления ЭВМ

История вычислений уходит глубокими корнями в даль веков так же, как и развитие человечества. Накопление запасов, делёж добычи, обмен — все подобные действия связаны со счётом. Для подсчёта люди использовали собственные пальцы, камешки, палочки и узелки. Потребность в поиске решений всё более и более сложных и сложных задач и, как следствие, все более сложных и длительных вычислений, поставила человека перед необходимостью находить способы, изобретать приспособления, которые могли бы ему в этом помочь. Исторически сложилось так, что в разных странах возникли собственные денежные единицы, меры веса, длины, объёмов и расстояний. Для перевода из одной системы измерения в другую требовались вычисления, которые чаще всего могли производить специально обученные люди, которых иногда приглашали из других стран. Это естественно привело к созданию изобретений, помогающих счёту.

Одним из первых устройств (V—VI вв. до н. э.), облегчающих вычисления, можно считать специальную доску для вычислений, названную «абак». Вычисления на ней производились перемещением камешков или костей в углубления досок из бронзы, камня или слоновой кости. Со временем эти доски стали расчерчивать на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал уже в V веке до н. э., у японцев он назывался «серобян», у китайцев — «суанпан».

В Древней Руси при счёте применялось устройство, похожее на абак, называемое «русский шот». В XVII веке этот прибор уже обрёл вид привычных русских счёт.

В начале XVII столетия, когда математика стала играть ключевую роль в науке, всё острее ощущалась необходимость в изобретении счётной машины. И в середине века молодой французский математик и физик Блез Паскаль создал «суммирующую» машину, названной Паскалиной, которая кроме сложения выполняла и вычитание.

В 1670—1680 гг. немецкий математик Готфрид Лейбниц конструировал счётную машину, которая выполняла все арифметические действия. В течение следующих двухсот лет было изобретено и построено ещё несколько подобных счётных устройств, которые, однако, из-за своих недостатков, в том числе из-за медлительности в работе, не получили широкого распространения.

Лишь в 1878 году русский ученый П. Чебышёв предложил счётную машину, выполнявшую сложение и вычитание многозначных чисел. Наибольшую популярность получил тогда арифмометр, сконструированный петербургским инженером Однером в 1874 году Конструкция прибора оказалась весьма удачной, так как позволяла довольно быстро выполнять все четыре арифметические действия.

В 30-е годы XX столетия в нашей стране был разработан более совершенный арифмометр — «Феликс». Эти счётные устройства использовались несколько десятилетий, став основным техническим средством облегчения человеческого труда.

[править] Создание первых компьютеров

В 1812 году английский математик и экономист Чарльз Бэббидж начал работу над созданием, так называемой «разностной» машины, которая, по его замыслам, должна была не просто выполнять арифметический действия, а проводить вычисления по программе, задающей определённую функцию. В качестве основного элемента своей машины Бэббидж взял зубчатое колесо для запоминания одного разряда числа (всего таких колёс было 18). К 1822 году учёный построил небольшую действующую модель и рассчитал на ней таблицу квадратов.

В 1834 году Бэббидж приступил к созданию «аналитической» машины. Его проект содержал более 2000 чертежей различных узлов. Машина Бэббиджа предполагалась как чисто механическое устройство с паровым приводом. Она состояла из хранилища для чисел («склад»), устройства для производства арифметических действий над числами (Бэббидж назвал его «фабрикой») и устройства, управляющего операциями машины в нужной последовательности, включая перенос чисел из одного места в другое; были предусмотрены средства для ввода и вывода чисел. Бэббидж работал над созданием своей машины до конца своей жизни (он умер в 1871 году), успев сделать лишь некоторые узлы своей машины, которая оказалась слишком сложной для того уровня развития техники.

В 1842 году в Женеве была опубликована небольшая рукопись итальянского военного инженера Л.Ф. Менабреа «Очерк об аналитической машине, изобретённой Чарльзом Бэббиджем», переведённая в последствии ученицей и помощницей Бэббиджа дочерью Дж. Г. Байрона — леди Адой Лавлейс. При содействии Бэббиджа Ада Лавлейс составляла первые программы для решения систем двух линейных уравнений и для вычисления чисел Бернулли. Леди Лавлейс стала первой в мире женщиной-программистом.

После Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта внёс американский изобретатель Г. Холлерит, который в 1890 году впервые построил ручной перфоратор для нанесения цифровых данных на перфокарты и ввёл механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробива. Им была построена машина — табулятор, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их. Табуляторы Холлерита были использованы при переписи населения в США, Австрии, Канаде, Норвегии и в др. странах. Они же использовались при первой Всероссийской переписи населения в 1897 году, причём Холлерит приезжал в Россию для организации этой работы. В 1896 году Холлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording, специализирующуюся на выпуске счетно-перфорационных машин и перфокарт. В дальнейшем фирма была преобразована в фирму International Business Machines (IBM), ставшую сейчас передовым разработчиком компьютеров.

Новый инструмент — ЭВМ — служит человеку пока лишь чуть больше полвека. ЭВМ — одно из величайших изобретений середины XX века, изменивших человеческую жизнь во многих ее проявлениях. Вычислительная техника превратилась в один из рычагов обеспечивающих развитие и достижения научно-технического прогресса. Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий учёный К. Цузе. Работы им начаты в 1933 году, а в 1936 году он построил модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, форма представления чисел с «плавающей» запятой, трёхадресная система программирования и перфокарты. В качестве элементной базы Цузе выбрал реле, которые к тому времени давно применялись в различных областях техники. В 1938 году Цузе изготовил модель машины Z1 на 16 слов; в следующем году модель Z2, а еще через два года он построил первую в мире действующую вычислительную машину с программным управлением (модель Z3), которая демонстрировалась в Германском научно-исследовательском центре авиации. Это был релейный двоичный компьютер, имеющий память на 64 22-разрядных числа с плавающей запятой: 7 разрядов для порядка и 15 разрядов для мантиссы. К несчастью, все эти образцы машин были уничтожены во время бомбардировок в ходе Второй мировой войны. После войны Цузе изготовил модели Z4 и Z5. К. Цузе в 1945 году создал язык Plankalkul (от немецкого «исчисление планов»), который относится к ранним формам алгоритмических языков. Этот язык был большей степени машинно-ориентированным, но по некоторым возможностям превосходил АЛГОЛ.

Независимо от Цузе построением релейных автоматических вычислительных машин занимались в США Д. Штибитц и Г. Айкен.

Д. Штибитц, тогда работавший в фирме Bell, собрал на телефонных реле первые суммирующие схемы. В 1940 году вместе с С. Уильямсом Штибитц построил «вычислитель комплексных чисел», или релейный интерпретатор, который последствии стал известен как специализированный релейный компьютер «Bell-модель 1». В этом же году машина демонстрировалась на заседании Американского математического общества, где были проведены её первый промышленные испытания. В последующие годы были созданы ещё четыре модели этой машины. Последняя из них разработана Штибитцем в 1946 году (модель V) — это был компьютер общего назначения, содержащий 9000 реле и занимающий площадь почти 90 м2, вес устройства составлял 10 т.

Другую идею релейного компьютера выдвинул в 1937 году аспирант Гарвардского университета Г. Айкен. Его идеей заинтересовалась фирма IBM. В помощь Айкену подключили бригаду инженеров во главе с К. Лейком. Работа по проектированию и постройки машины, названной «Марк-1», началась в 1939 году и продолжалась 5 лет. Машина состояла из стандартных деталей, выпускаемых IBM в то время. Электронные лампы при создании вычислительной машины были впервые применены американским профессором физики и математики Д. Атанасовым. Атанасов работал над проблемой автоматизации решения больших систем линейных уравнений. В декабре 1939 году Атанасов окончательно сформулировал и осуществил на практике свои основные идеи, создав вместе с К. Берри работающую настольную модель машины. После этого он приступил к созданию машины, способной решить систему с 29 неизвестными.

Память машины была энергоёмкая — использовалось 1632 бумажных конденсатора. Всего использовалось 300 электронных ламп. К весне 1942 г. когда монтаж машины был почти завершен, США уже находилось в состоянии войны с Германией, и, к несчастью, проект был свёрнут.

В 1942 году профессор электротехнической школы Мура Пенсильванского университета Д. Маучли представил проект «Использование быстродействующих электронных устройств для вычислений», положивший начало созданию первой электронной вычислительной машины ENIAC. Около года проект пролежал без движения, пока им не заинтересовалась Баллистическая исследовательская лаборатория армии США. В 1943 году под руководством Д. Маучли и Д. Эккерта были начаты работы по созданию ENIAC, демонстрация состоялась 15 февраля 1946 года. Новая машина имела «впечатляющие» параметры: 18000 электронных ламп, площадь 90 × 15 м2, весила 30 т и потребляла 150 кВт. ENIAC работала с тактовой частотой 100 кГц и выполняла сложение за 0,2 мс, а умножение — за 2,8 мс, что было на три порядка быстрее, чем это могли делать релейные машины. По своей структуре ЭВМ ENIAC напоминала механические вычислительные машины.

Долгое время считалось, что ENIAC единственный электронный компьютер, но в 1975 году Великобритания сообщила о том, что уже с декабря 1945 года в государственном институте Блетчли-Парк работал первый программируемый ЭВМ «Колосс», но для правильной оценки компьютера Англия не предоставила много данных.

С точки зрения архитектуры ЭВМ с хранимой в памяти программой революционными были идеи американского математика, Члена Национальной АН США и американской академии искусств и наук Джона фон Неймана (1903—1957). Эти идеи были изложены в статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства», написанная вмести с А. Берксом и Г. Голдстайном и опубликованная в 1946 году.

Вот как представлял фон Нейман свою ЭВМ:

  • Машина должна состоять из основных органов: орган арифметики, памяти, управления и связи с оператором, чтобы машина не зависела от оператора.

  • Она должна запоминать не только цифровую информацию, но и команды, управляющие программой, которая должна проводить операции над числами.

  • ЭВМ должна различать числовой код команды от числового кода числа.

  • У машины должен быть управляющий орган для выполнения команд, хранящихся в памяти.

  • В ней также должен быть арифметический орган для выполнения арифметических действий.

  • И, наконец, в её состав должен входить орган ввода-вывода.

В 1945 г. Англия приступила к созданию первой машины с неймовским типом памяти. Работа была возглавлена Т. Килбрном из Манчестерского университета и Ф. Вильямсем из Кембриджского. Уже 21 июня 1948 года Т. Килбрн и Ф. Вильямс просчитали первую программу на ЭВМ «Марк-1» (одинаковое название с машиной Айкена).

Другая группа во главе с М. Уилксом 6 мая 1949 года произвела первые расчёты машине того же типа — EDSAC.

Вскоре были построены ещё машины EDVAC (1950 г.), BINAC и SEAC.

В ноябре месяце того же года в Киевской лаборатории моделирования и вычислительной техники Института электротехники АН УССР под руководством академика С. А. Лебедева была создана первая советская ЭВМ — МЭСМ. МЭСМ была принципиально новой машиной, так как профессор Лебедев применил принцип параллельной обработки слов.

[править] Ламповые ЭВМ

Разработка первой серии электронной машины UNIAC (Universal Automatic Computer) начата примерно в 1947 году. Д. П. Эккертом и Д. Мочли, основавшими фирму Eckert-Mauchly. Первый образец UNIAC-1 был построен для Бюро переписи США в 1951 г. UNIAC был создан на базе ЭВМ ENIAC и EDVIAC. Работала с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Емкость памяти — 1000 12-разрядных десятичных чисел.

Следующим шагом было увеличение быстродействие памяти, для чего учёные стали исследовать свойства ферритовых колец. Впервые память на магнитных сердечниках была применена в машине «Whirlwind-1». Она представляла собой два куба с 32 × 32 × 17 сердечниками, обеспечивающих хранение 2048 слов для 16-разрядных двоичных чисел.

В разработку электронных компьютеров включилась и фирма IBM, которая в 1952 году выпустила первый промышленный компьютер IBM-701. Машина содержала 4000 электронных ламп и 12 000 германиевых диодов. В 1956 году IBM выпустила новый серийный компьютер — IBM-704, отличавшийся высокой скоростью работы.

После ЭВМ IBM-704 была выпущена машина IBM-709, в архитектурном плане приблизившаяся к машинам второго и третьего поколения.

В 1956 году IBM разработала плавающие магнитные головки на воздушной подушке, изобретение которых позволило создать новый тип памяти — дисковые запоминающие устройства (ЗУ). Впервые ЗУ на дисках появились в машине IBM-305 и RAMAC-650, которая имела пакет из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, вращающиеся со скоростью 1 200 об/мин. На поверхности диска размещалось 100 дорожек для записи данных 10 000 знаков каждая.

Вслед за первым серийным компьютером UNIAC-1 фирма REMINGTON-RAND в 1952 году выпустила ЭВМ UNIAC-1103, которая работала в 50 раз быстрее.

В октябре 1952 году группа сотрудников фирмы REMINGTON-RAND предложила алгебраическую форму записи алгоритмов; на основе этого офицер военно-морских сил США и руководитель группы программистов, капитан Грейс Хопперт разработала первую программу-компилятор A-0.

Фирма IBM также сделала первые шаги в области автоматизации программирования, создав в 1953 году для машины IBM-701 «Систему быстрого кодирования». В 1957 году группа Д. Бэкуса завершила работу над ставшим впоследствии популярным языком программирования высокого уровня ФОРТРАНОМ. Он способствовал расширению сферы деятельности компьютеров.

В 1951 году фирма Ferranti стала выпускать машину «Марк-1». А через 5 лет выпустила ЭВМ «Pegasus», использующую концепцию регистров общего назначения.

В СССР в 1948 году проблемы развития вычислительной техники становятся общегосударственной задачей.

В 1950 году в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ АН СССР) организован отдел цифровой ЭВМ для разработки и создания большой ЭВМ. Эту работу возглавил С. А. Лебедев (1902—1974). В 1951 году здесь была спроектирована машина БЭСМ, а в 1952 году началась её эксплуатация.

В проекте вначале предлагалось использовать трубки Вильямса, но до 1955 г. в качестве элемента памяти использовали ртутные линии. БЭСМ могла совершать 8 000 оп/с. Серийно она стала выпускаться с 1956 года под названием БЭСМ-2.

[править] Транзисторные ЭВМ

В середине 50-ых гг. XX века, когда ламповые компьютеры достигли «насыщения», ряд фирм объявил о работах по созданию транзисторных ЭВМ. Первоначально это вызвало скептицизм из-за того, что производство полупроводников будет сложным и дорогостоящим. Однако этого не случилось — постоянно совершенствовались методы производства транзисторов. В 1955 году в США было объявлено о создании цифрового компьютера TRADIC, построенного на 800 транзисторах и 11 000 германиевых диодах. В этом же году фирма объявила о создании полностью транзисторной ЭВМ. Первая такая машина «Philco-2000» была сделана в ноябре 1958 года, она содержала 56 тыс. транзисторов, 1 200 диодов, но всё же в её составе было 450 электронных ламп. «Philco-2000» выполняла сложение за 1,7 мкс, умножение — за 40,3 мкс.

В Англии транзисторная ЭВМ «Elliot-803» была выпущена в 1958 году, в ФРГ — «Simens-2002» и в Японии H-1 — в 1958 году, во Франции и Италии — в 1960 году. В СССР группа разработчиков во главе с Е. Л. Брусиловским в 1960 году в НИИ математических машин в Ереване завершила разработку полупроводниковой ЭВМ «Раздан-2», её серийный выпуск начат в 1961 году. В это же время появились компьютеры и не на полупроводниках. Так, в Японии была выпущена ЭВМ «Senac-1» на параметронах, в СССР — «Сетунь», а во Франции — CAB-500 на магнитных элементах. «Сетунь», разработанная в МГУ под руководством Н. П. Брусенцова, стала единственной серийной ЭВМ, работавшая в троичной системе счисления.

Значительным событием в конструировании машин второго поколения стали ЭВМ «Atlas» (выпущена в Англии в 1961 году), в которой были применены концепции виртуальной (кажущейся) памяти, «Stretch» и CDC-6600 (США) и БЭСМ-6 (СССР).

В 1960 году фирма IBM разработала мощную вычислительную систему «Stretch» (IBM-7030), разработчики которой добились 100-кратного увеличения быстродействия: в её состав входило 169 тыс. дрейфовых транзисторов с тактовой частотой переключения в 100 МГц.

Большой вклад в развитие компьютеров второго поколения внесла фирма Control Data, разработавшая в 1960 году ЭВМ CDC-6600 (первый образец был установлен в Лос-Анжелесе в 1964 г.).

В архитектуре CDC-6600 было использовано новое решение — многопроцессорная обработка: многочисленные арифметико-логические устройства с десятью периферийными процессорами, что обеспечивало машине производительность более чем 3 млн. оп/с.

В СССР после выпуска первой серийной ЭВМ второго поколения «Раздан-2» было разработано ещё около 30 моделей по такой же технологии. Минским заводом вычислительной техники им. Серго Орджоникидзе в 1963 году была выпущена первая транзисторная ЭВМ «Минск-2», а затем её модификации: «Минск-22», «Минск-22М», «Минск-23» и в 1968 году — «Минск-32», которые долгое время играли главную роль в автоматизации различных отраслей народного хозяйства.

В Институте кибернетики АН УССР под руководством В. М. Глушкова в 60-е гг. ХХ века разработан ряд различных малых машин: «Проминь» (1962 г.), «Мир», «Мир-1» (1965 г.) и «Мир-2» (1969 г.) — впоследствии применяемых в вузах и научно-исследовательских организациях.

В 1964 году в Ереване также были созданы малые ЭВМ серии «Наири», отличающихся от ЭВМ «Мир» некоторыми структурными особенностями.

В том же году в Пензе была разработана и пущена в производство серия машин «Урал» (главный конструктор Б. И. Рылеев), позже в 1965 и 1967 гг. появились модификации — «Урал-11» и «Урал-16». ЭВМ серии «Урал» имели унифицированную систему связи с периферийными устройствами.

Машина БЭСМ-6 состояла из 60 тыс. транзисторов и 200 тыс. полупроводниковых диодов, имела высокую надёжность и высокое быстродействие — 1 млн. оп/с.

При появлении ЭВМ второго поколения разработчики занялись разработкой и создание языков программирования, обеспечивающих удобный набор программ.

Одним из первых языков программирования был АЛГОЛ (создан группой ученых американской Ассоциацией по вычислительной техники).

[править] Эпоха интегральных схем

В декабре 1961 года специальный комитет фирмы IBM, изучив техническую политику фирмы в области разработки вычислительной техники, представил план-отчёт создания ЭВМ на микроэлектронной основе. Во главе реализации плана встали два ведущих разработчика фирмы — Д. Амдал и Г. Блау. Работая с проблемой производства логических схем, они предложили при создании семейства использовать гибридные интегральные схемы, для чего при фирме в 1963 году было открыто предприятие по их выпуску. В начале апреля 1964 года фирма IBM объявила о создании шести моделей своего семейства IBM-360 («System-360»), появление которого ознаменовало появление компьютеров третьего поколения.

За 6 лет существования семейства фирма IBM пустила более 33 тыс. машин. Затраты на научно-исследовательские работы составили примерно полмиллиарда долларов (по меркам того времени — сумма была просто огромной).

При создании семейства «System-360» разработчики встретились с трудностями при создании операционной системы, которая должна была отвечать за эффективное размещение и использование ресурсов ЭВМ. Первая из них, универсальная операционная система называлась DOS, предназначенная для малых и средних ЭВМ, позже была выпущена операционная система OS/360 — для больших. До конца 60-х гг. фирма IBM в общей сложности выпустила более 20 моделей семейства IBM-360. В модели 85 впервые в мире был применена кэш-память (от фр. cache — тайник), а модель 195 стала первой ЭВМ на монолитных схемах.

В конце 1970 года фирма IBM стала выпускать новое семейство вычислительных машин — IBM-370, которой сохранило свою совместимость с IBM-360, но и имело ряд изменений: они были удобны для комплектования многомашинных и многопроцессорных вычислительных систем, работающих на общем поле оперативной памяти.

Почти одновременно с IBM компьютеры третьего поколения стали выпускать и другие фирмы. В 1966—1967 гг. их выпускали фирмы Англии, ФРГ и Японии. В Англии фирмой ICL был основан выпуск семейства машин «System-4» (производительность от 15 до 300 тыс. оп/с). В ФРГ были выпущены машины серии 4004 фирмы Siemens (машины этого семейства полностью копировали ЭВМ семейства «Spectra-70»), а в Японии — машины серии «Hytac-8000», разработанные фирмой Hitachi (это семейство являлось модификацией семейства «Spectra-70»). Другая японская фирма Fujitsu в 1968 году объявила о создании серии ЭВМ «FACOM-230».

В Голландии фирма Philips Gloeilampenfabriken, образованная в 1968 году для выпуска компьютеров, стала выпускать компьютеры серии P1000, сравнимой с IBM-360. В декабре 1969 года ряд стран (НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, СССР и ЧССР, а также в 1972 году — Куба, а в 1973 году — СРР) подписали Соглашение о сотрудничестве в области вычислительных технологий.

На выставке «ЕСЭВМ-73» (1973 г.) были показаны первые результаты этого сотрудничества: шесть моделей компьютеров третьего поколения и несколько периферийных устройств, а также четыре ОС для них.

С 1975 года начался выпуск новых модернизированных моделей ЕС-1012, ЕС-1022, ЕС-1032, ЕС-1033, имеющих наилучшее соотношение производительность/стоимость, в которых использовались новые логические схемы и схемы полупроводниковой памяти.

Вскоре появились машины второй серии сотрудничества. Наиболее ярким представителем его была мощная модель ЕС-1065, представлявшая собой многопроцессорную системы, состоящую из четырех процессоров и имевшую память 16 Мбайт. Машина была выполнена на интегральных схемах ИС-500 и имела производительность 4—5 млн. оп/с.

С машинами третьего поколения связано ещё одно значительное событие — разработка и внедрение визуальных устройств ввода-вывода алфавитно-цифровой и графической информации с помощью электронно-лучевых трубок — дисплеев, использование которых позволило достаточно просто реализовать возможности вариантного анализа.

История появления первых прототипов современных дисплеев относится к послевоенным годам. В 1948 году Г. Фуллер, сотрудник лаборатории вычислительной техники Гарвардского университета, описал конструкцию нумероскопа. В этом приборе, под руководством ЭВМ, на экране электронно-лучевой трубки появлялась цифровая информация.

Дисплей принципиально изменил процесса ввода-вывода данных и упростил общение с компьютером.

В 70-ых гг. XX века благодаря появлению микропроцессоров стало возможным осуществлять буферизацию как данных, принимаемых с экранного терминала, так и данных, передаваемых ЭВМ. Благодаря чему регенерацию изображения на экране удалось реализовать средствами самого терминала. Появилась возможность редактирования и контроля данных перед их передачей в ЭВМ, что уменьшило число ошибок. На экране появился курсор — подвижная метка, инициализирующая место ввода или редактирования символа. Экран дисплея стал цветным. Появилась возможность отображения на экране сложных графических изображений — это дало возможность для создания красочных игр (хотя первые компьютерные игры появились ещё в 1950-е, но были псевдографическими) и предназначенных для работы с графикой программ.

[править] Четвёртое поколение

Это поколение ЭВМ связано с развитием микропроцессорной техники. В 1971 году компания Intel выпустила микросхему Intel-4004 — первый микропроцессор и родоначальник доминирующего и самого известного сегодня семейства.

История четвёртого поколения началось с того, что японская фирма Busicom (ныне уже не существует) заказала Intel Corporation изготовить 12 микросхем для использования их в калькуляторах различных моделей. Малый объём каждой партии микросхем увеличивал стоимость их разработки. Однако разработчикам удалось создать такое устройство — микропроцессор, который мог использоваться во всех микрокалькуляторах. Его тактовая частота — около 0,75 МГц. Процессор был четырёхразрядным, то есть позволял кодировать все цифры и специальные символы, что было достаточно для калькулятора.

Однако компьютеры работают не только с цифрами, но и с текстом. Для того чтобы закодировать все цифры, буквы и специальный символы, потребовался бы 8-разрядный процессор. Он появился в 1972 году и назывался Intel-8008, а в 1974 году появился процессор Intel-8080. Он был выполнен по NMOS-технологии (англ. N-cannel Metal Oxide Semiconductor), его тактовая частота составила 2 МГц, при этом в самом микропроцессоре было реализовано деление чисел.

Таким образом, история развития электроники подошла к созданию персональных компьютеров (ПК). Во второй половине 70-х гг. появилась потребность в компьютерах для одного рабочего места. Первые такие ПК базировались на 8-разрядных процессорах — Intel-8080 и процессорах фирмы Zilog Corporation — Z80. ОС для них разработала компания Digital Research CP/M (англ. Control Program for Microcomputers).

Создателями первого ПК были два молодых американских техника: Стивен Джобс, работавший в фирме Atari, и Стив Возняк из компании HewlettPackard. Летом 1976 года в гараже родителей Джобса они соорудили первый ПК и назвали его «Apple-I» — «яблоко». Для того чтобы достать необходимые детали Джобсу пришлось продать свой автомобиль «Фольксваген».

Apple-I не имел ни клавиатуры, ни корпуса. В апреле 1977 года они сконструировали ещё один ПК — Apple-II (в это же время появилась и знаменитая эмблема фирмы Apple — надкушенное разноцветное яблоко), он имел одноплатную конструкцию и шину расширения, позволяющую подсоединять дополнительные устройства. Клавиатура была помещена в отдельный корпус. В качестве центрального процессора был взят надёжный 8-разрядный 6502. Память составляла всего лишь 8 Кбайт, но для её увеличения использовалась магнитофонная лента, запускаемая с обычного кассетного магнитофона. В дальнейшем к Apple-II были разработаны графические видеоадаптеры, дисковая ОС для управления ОП и нижний регистр для символов, который могли размешаться на экране в 80 столбцах.

За 10 с не большим лет ПК фирмы Apple (образована в 1977 году) завоевал рынок — было продано более 2 млн. экземпляров. Цена его колебалась в районе 1000 долларов.

Своим коммерческим успехом он обязан в значительной степени его открытой архитектуре и модульной системе, позволяющей расширять системы за счёт добавления новых устройств.

К 1980 году стал очевиден успех идеи ПК. Их рынок достиг нескольких десятков тысяч в год. Крупнейшая электронная корпорация США IBM, лидер в производстве компьютеров, уже совершила одну стратегическую ошибку, уступив рынок мини-ЭВМ компании Digital Equipment Corporation (DEC). Ещё одним поводом для беспокойства стал успех компьютеров фирмы Apple Computer. И IBM решает быстро захватить рынок ЭВМ. Сомнений не было, что для этого нужно создать новую модель ПК. Для этого нужен был новый процессор (взамен устаревшего 6502 или Z80) — им стал процессор Intel-8088.

В 1976 году компания Intel начала усиленно работать над микропроцессором Intel-8086. Размер его регистров был увеличен вдвое, что дало возможность увеличить в 10 раз производительность по сравнению с 8080. Кроме того, размер адресной шины был увеличен до 16 бит, чем опередил своё время — ему дополнительно нужна 16-разрядная микросхема.

В 1979 году был разработан новый процессор — Intel-8088, не отличавшийся от своего предшественника, но он имел 8-разрядную шину данных — это позволяло использовать популярные в то время 8-разрядные микросхемы. Первоначально процессор работал частотой в 4,77 МГц, но впоследствии другие фирмы разработали совместимые с ним 8- и 10-мегагерцовые процессоры. Итак, 12 августа 1981 года IBM впервые представила свой ПК, который так и назывался IBM PC (англ. Personal Computer). Он имел процессор Intel-8088, два дисковода для гибких дисков по 160 Кбайт и ОП 64 КБайт с возможностью расширения до 512 Кбайт. В ПЗУ PC был помещён язык программирования Бейсик. IBM разработала свой собственный дисплей, который имел хорошую контрастность, символы на нём легко читали и не утомляли глаз мерцанием. В 1983 году IBM выпустила новую модель PC XT (англ. eXtended Technology) с жестким диском — винчестером — емкостью 10 Мбайт и ОП 640 Кбайт. Работал PC под управлением MS DOS компании Microsoft — ныне крупнейшего производителя программного обеспечения.

К 1982 году невероятная популярность нового компьютера привела к созданию многочисленных аналогов. К 1984 году IBM-совместимых компьютеры выпускали более 50 компаний, а в 1986 году объём продаж клонов превысил собственный объем продаж фирмы IBM. Архитектура IBM PC завоевала весь мир: никакой другой фирме, будь то Apple Macintosh, NeXT, Amiga или другим, не удалось занять место рядом с IBM.

Презентация нового PC — IBM PC AT (англ. Advanced Technology) — состоялась в 1984 году. AT был построен на основе нового микропроцессора — Intel-80286, который был представлен в 1982 году. Микропроцессор имел 16-разрядную шину данных и 16-битный внутренние регистры. Первый Intel-80286 работал на частоте в 6 МГц, впоследствии доведенной до 20 МГц. В общем, AT в 5 раз был производительнее, чем XT.

Главным преимуществом Intel-80286 была способность работать с дополнительной памятью. Он имел 24-разрядную адресную шину, что позволяло работать с ОП до 16 Мбайт. Intel-80286 мог работать с виртуальной памятью размером до 1 Гбайта.

Тем временем в январе 1984 г. состояла презентация первого компьютера Macintosh компании Apple Computer. Эти компьютеры сыграли значительную роль в развитие PC. Он имел 9-дюймовый монитор с чрезвычайно высокой четкость изображения и занимал мало место на рабочем столе, число соединительных кабелей в системе было минимальным.

В качестве центрального процессора был использован микропроцессор 68000 компании Motorola, в последующих моделях был использован микропроцессор Motorola 68030, а в некоторых они использовались совместно с математическим сопроцессором, а также цветной монитор. Такие PC были очень удобны в домашней работе. В 1985 году компания Intel анонсировала первый 32-разрядный процессор Intel-80386 (Intel-80386DX). Он имел все положительные качества своих предшественников. Вся система команд Intel-80286 полностью совместима с набором команд 386-го. Новый процессор был полностью 32-разрядным и работал на частоте в 16 МГц (позже появились PC с 25, 33 и 40 МГц). С увеличением шины данных до 32 бит число адресных линий было также увеличено до 32, что позволило микропроцессору обращаться прямо к 4 Гбайт физической памяти или к 64 Тбайт (1 Терабайт = 1024 Гбайт) виртуальной памяти. Для поддержания совместимости с Intel-8086 процессор работал в защищённом режиме (англ. Protect mode), также поддерживался реальный режим (англ. Real mode), основным отличием была возможность переходить из одного режима работы в другой без перезагрузки компьютера. Появился также новый режим — виртуальный (англ. Virtual mode) — позволявший микропроцессору работать так же, как и неограниченное количество Intel-8086. Это давало возможность процессору выполнять сразу несколько программ. Первая персональная ЭВМ на основе Intel-80386 была изготовлена фирмой Compaq Computers. В апреле 1987 года IBM объявила о создании семейства PS/2 с шиной MCA (англ. MicroChannel Architecture). До этого компьютеры PC AT использовали шину ISA (англ. Industry Standard Architecture). Она была 32-разрядная и имела частоту 10 МГц. В 1989 году девять компаний-клонмэйкеров (AST, Epson, HewlettPackard, NEC, Olivetti, Tandy, Wyse и Zenith) разработали шины EISA (англ. Extended Industry Standard Architecture). Она, как и MCA, она имела разрядность 32, но в отличие от нее EISA была полностью совместима с ISA.

В 1988 году компанией Intel был разработан микропроцессор Intel-80386SX, в общем, ничем не отличавшийся от Intel-80386DX, однако он стоил дешевле и использовал 16-разрядную внешнюю шину данных.

[править] Пятое поколение

В 1989 году появляется новая разработка компании Intel — микропроцессор Intel-80486 (Intel-80486DX). Этот процессор ознаменовал начала пятого поколения. Этот процессор был полностью совместим с PC семейства Intel-80x86, кроме того, содержал в себе математический сопроцессор и 8 Кбайт кэш-памяти. Этот процессор был более совершенен по сравнению с микропроцессором Intel-80386, его тактовая частота состояла 33 МГц.

В 1991 году Intel представила процессор Intel-80486SX, у которого отсутствовал математический сопроцессор.

А в 1992 году — процессор Intel-80486DX2, работавший с удвоенной тактовой частотой — 66 МГц. Впоследствии вышли процессоры с тактовой частотой в 100 МГц.

Кроме компании Intel 486-е процессоры стали выпускать и другие фирмы, например фирмы AMD (англ. Advanced Micro Devices) и Cyrix.

Эти фирмы вносили некоторые усовершенствования в них и продавали по цене от 100 долларов. Вскоре для 486-ых систем стала стандартом шина VL-Bus, разработанная ассоциацией VESA (Video Electronics Standard Association). Пропускная способность составила 132 Мбайт/с.

Создание компьютеров на основе процессоров семейства Intel-80486 позволило многочисленное программное обеспечение.

Второе место после PC фирмы IBM занимает фирма Apple Computer с PC Macintosh. Компьютеры выпускались на основе процессоров фирмы Motorola. Эти компьютеры очень удобны при использовании дома, в офисе и для обучения в школе. Последние модели — LC 475, LC 575 и LC 630 — основанные на процессорах Motorola 68LC040, оснащаются дисководом CD-ROM.

Самые производительные компьютеры Macintosh серии Quadra, оснащались процессором 68040 с тактовой частотой до 33 МГц, сопроцессором, имели возможность расширения ОЗУ до 256 Мбайт. Quadra в основном использовались в полиграфическом и рекламном деле, а также в создании мультимедиа-приложений и других задачах, требующих больших вычислительных мощностей и обработки значительных объемов данных; они также подходят для создания программного обеспечения. С 1993 года выпускаются компьютеры подсемейства AV, которые имели стандартный видеовходы и видеовыходы, что давало возможность выводить информацию, как на экран стандартного дисплея, так и на экран обычного телевизора.

Кроме вышеперечисленных моделей Apple Computer выпускает портативные компьютеры серии PowerBook. Наибольшую популярность завоевали компьютеры семейства Performa, которые оснащались факс-модемом, что, было удобно для надомной работы.

В 1993 году компания Intel начала промышленный выпуск нового процессора — Intel Pentium (Intel не стал присваивать ему номер 80586). Первые модели работали на тактовой частоте 60 и 66 МГц и объединяли в себе до 3,3 млн. транзисторов. Pentium — это первый 64-разрядный суперскалярный процессор с RISC-ядром, изготовленный по 0,8-микронной технологии BiCMOS. Его основу составляет два пятиступенчатых конвейера, позволяющих выполнять две команды за один такт. Один конвейер выполнял любые операции, как с целочисленными, так и с числами с плавающей точкой, второй выполняет часть целочисленных команд. Все арифметические действия — сложение, вычитание, умножение и деление — реализованы аппаратно. Сочетание этих решений резко повысило производительность процессора, ускорить вычисления за счёт уменьшения обращений к ОЗУ. Обеспечивают два внутренних буфера кэш-памяти — по 8 Кбайт для команд и данных, что позволило работать контейнерам команд не только по чтение, но и по запись. Следующая новинка — система предсказываний ветвлений, благодаря которой при переходе в области памяти запоминается адрес перехода и при повторном обращении переход по этому адресу происходит быстрее.

Впоследствии появились модели с частотой 90 и 100 МГц. Однако вскоре обнаружилась ошибки в устройстве деления, и компании Intel пришлось опубликовать подробное описание этого дефекта. После этого скандала практически все процессоры Pentium стали тестировать, и в прайс-листах появилась надпись BUG FREE!, что буквально можно перевести как «свободно от ошибок».

Мировая история развития цифровой вычислительной техники и появление первых эвм. Краткий обзор. По материалам книги Малиновского б.Н. "Очерки по истории компьютерной науки и техники".

На главную страницу

             Стремительное развитие цифровой вычислительной техники (ВТ) и становление науки о принципах ее построения и проектирования началось в 40-х годах нашего века, когда технической базой ВТ стала электроника, затем микроэлектроника, а основой для развития архитектуры ЭВМ - достижения в области искусственного интеллекта.

             До этого времени в течение почти 500 лет цифровая вычислительная техника сводилась к простейшим устройствам для выполнения арифметических операций над числами. Основой практически всех изобретенных за 5 столетий устройств было зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления.  Первый в мире эскизный рисунок тринадцатиразрядного десятичного суммирующего устройства на основе колес с десятью зубцами принадлежит Леонардо да Винчи. Он был сделан в одном из его дневников (ученый начал вести дневник еще до открытия Америки в 1492 г.).  В 1623 г. через 100 с лишним лет после смерти Леонардо да Винчи немецкий ученый Вильгельм Шиккард предложил свое решение той же задачи на базе шестиразрядного десятичного вычислителя, состоявшего также из зубчатых колес, рассчитанного на выполнение сложения, вычитания, а также табличного умножения и деления. Оба изобретения были обнаружены только в наше время и оба остались только на бумаге.  Первым реально осуществленным и ставшим известным механическим цифровым вычислительным устройством стала "паскалина" великого французского ученого Блеза Паскаля - 6-ти (или 8-ми) разрядное устройство, на зубчатых колесах, рассчитанное на суммирование и вычитание десятичных чисел (1642 г.).  Через 30 лет после "паскалины" в 1673 г. появился "арифметический прибор" Готфрида Вильгельма Лейбница - двенадцатиразрядное десятичное устройство для выполнения арифметических операций, включая умножение и деление, для чего, в дополнение к зубчатым колесам использовался ступенчатый валик. "Моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно" - с гордостью писал Лейбниц своему другу. Прошло еще более ста лет и лишь в конце XYIII века во Франции были осуществлены следующие шаги, имеющие принципиальное значение для дальнейшего развития цифровой вычислительной техники - "программное" с помощью перфокарт управление ткацким станком, созданным Жозефом Жакаром, и технология вычислений, при ручном счете, предложенная Гаспаром де Прони, разделившего численные вычисления на три этапа: разработка численного метода, составление программы последовательности арифметических действий, проведение собственно вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с составленной программой. Эти два новшества были использованы англичанином Чарльзом Беббиджем, осуществившим, качественно новый шаг в развитии средств цифровой вычислительной техники - переход от ручного к автоматическому выполнению вычислений по составленной программе. Им был разработан проект Аналитической машины - механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (1830-1846 гг.). Машина включала пять устройств - арифметическое АУ, запоминающее ЗУ, управления, ввода, вывода (как и первые ЭВМ появившиеся 100 лет спустя). АУ строилось на основе зубчатых колес, на них же предлагалось реализовать ЗУ (на 1000 50-разрядных чисел!). Для ввода данных и программы использовались перфокарты. Предполагаемая скорость вычислений - сложение и вычитание за 1 сек, умножение и деление - за 1 мин. Помимо арифметических операций имелась команда условного перехода.  Программы для решения задач на машине Беббиджа, а также описание принципов ее работы, были составлены Адой Августой Лавлейс - дочерью Байрона.  Были созданы отдельные узлы машины. Всю машину из-за ее громоздкости создать не удалось. Только зубчатых колес для нее понадобилось бы более 50.000. Заставить такую махину работать можно было только с помощью паровой машины, что и намечал Беббидж. Гениальную идею Беббиджа осуществил Говард Айкен, американский ученый, создавший в 1944 г. первую в США релейно-механическую ВМ. Ее основные блоки - арифметики и памяти были исполнены на зубчатых колесах!  Если Беббидж намного опередил свое время, то Айкен, использовав все те же зубчатые колеса, в техническом плане при реализации идеи Беббиджа использовал устаревшие решения. Еще десятью годами ранее, в 1934 г. немецкий студент Конрад Цузе, работавший над дипломным проектом, решил сделать (у себя дома), цифровую вычислительную машину с программным управлением и с использованием - впервые в мире! - двоичной системы счисления. В 1937 г. машина Z1 (Цузе 1) заработала! Она была двоичной, 22-х разрядной, с плавающей запятой, с памятью на 64 числа и все это на чисто механической (рычажной) основе!.  В том же 1937 г., когда заработала первая в мире двоичная машина Z1, Джон Атанасов (болгарин по происхождению, живший в США) начал разработку специализированной ВМ, впервые в мире применив электронные лампы (300 ламп).  Пионерами электроники оказались и англичане - в 1942-43 годах в Англии была создана (с участием Алана Тьюринга) ВМ "Колосс". В ней было 2000 электронных ламп! Машина предназначалась для расшифровки радиограмм германского вермахта. Работы Цузе и Тьюринга были секретными. О них в то время знали немногие. Они не вызвали какого-либо резонанса в мире. И только в 1946 г. когда появилась информация об ЭВМ "ЭНИАК" (электронный цифровой интегратор и компьютер), созданной в США Д. Мочли и П. Эккертом, перспективность электронной техники стала очевидной (В машине использовалось 18 тыс.электронных ламп и она выполняла около 3-х тыс. операций в сек). Однако машина оставалась десятичной, а ее память составляла лишь 20 слов. Программы хранились вне оперативной памяти.  Завершающую точку в создании первых ЭВМ поставили, почти одновременно, в 1949-52 гг. ученые Англии, Советского Союза и США (Морис Уилкс, ЭДСАК, 1949 г. Сергей Лебедев, МЭСМ, 1951 г., Джон Мочли и Преспер Эккерт, Джон фон Нейман ЭДВАК, 1952 г.), создавшие ЭВМ с хранимой в памяти программой.  В течение механического, релейного и в начале электронного периода развития цифровая вычислительная техника оставалась областью техники, научные основы которой только созревали.  Первыми составляющими будущей науки, использованными, в дальнейшем, для создания основ теории ВМ, явились исследования двоичной системы счисления, проведенные Лейбницом (XYII век), алгебра логики, разработанная Джорджем Булем (XYIII век), абстрактная машина ("машина Тьюринга"), предложенная гениальным Тьюрингом в 1936 г., использованная для доказательства возможности механической реализации любого имеющего решение алгоритма, теоретические результаты Клода Шеннона, Шестакова, Гаврилова (30-е годы н.в.) соединившие электронику с логикой. Принципы построения цифровых ЭВМ, высказанные П. Эккертом и Нейманом (США, 1946 г.) и, независимо, С. Лебедевым (СССР, 1948 г.) стали завершением первого этапа развития науки об ЭВМ.  Цифровая вычислительная техника в это время была еще несовершенна и во многом уступала аналоговой, имевшей в своем арсенале механические интеграторы, машины для решения дифференциальных уравнений и др.  Однако, на следующем этапе цифровая техника сделала беспрецендентный рывок за счет интеллектуализации ЭВМ, в то время как аналоговая техника не вышла за рамки средств для автоматизации вычислений.  Развитию цифровой техники способствовало становление науки о компьютерах. Научные основы цифровых ЭВМ в это время пополнились теорией цифровых автоматов, основами программирования, теорией искусственного интеллекта, теорией проектирования ЭВМ, компьютерными технологиями, обеспечившими становление новой науки, получившей название "Computer Science" (компьютерная наука) в США и "информатика" в Европе. Большой вклад в ее развитие внесли ученые Украины (В.М. Глушков, Е.Л. Ющенко, З.Л. Рабинович, Ю.В. Капитонова, АА Летичевский и др.).  В СССР в том числе в Украине понятие "вычислительная техника" долгое время использовалось как для обозначения технических средств, так и науки о принципах их построения и проектирования.  В настоящее время для этой цели используется термин "информатика", обозначающий науку о получении, передаче, хранении и обработке информации. В свою очередь, ее разделяют на теоретическую и прикладную.  Теоретическая информатика занимается математическим моделированием информационных процессов. Прикладная охватывает вопросы построения и проектирования ЭВМ, сетей, мультимедиа, компьютерные технологии информационных процессов и др. Главной научной базой прикладной информатики являются электроника (микроэлектроника) и теория искусственного интеллекта. Соединив в одно два слова: интеллект и электроника, получим для прикладной информатики более удачное, как нам кажется, название ИНТЕЛЛЕКТРОНИКА - "интеллектуальная" электроника.  Следует отметить, что в области искусственного интеллекта, несмотря на многие достижения, мы стоим лишь в самом начале развития этого важного научного направления, и здесь открываются огромные перспективы сближения ЭВМ с "информационными" возможностями человека.  Немного истории. В 1870 г. (за год до смерти Беббиджа) английский математик Джевонс сконструировал (вероятно, первую в мире) "логическую машину", позволяющую механизировать простейшие логические выводы.  В России о работе Джевонса стало известно в 1893 г., когда профессор университета в Одессе И.Слешинский опубликовал статью "Логическая машина Джевонса" ("Вестник опытной физики и элементарной математики", 1983 г., №7).  "Строителями" логических машин в дореволюционной России стали Павел Дмитриевич Хрущев (1849-1909) и Александр Николаевич Щукарев (1884-1936), работавшие в учебных заведениях Украины.  Первым воспроизвел машину Джевонса проф.Хрущев. Экземпляр машины, созданный им в Одессе, получил "в наследство" профессор Харьковского технологического института Щукарев, где он работал начиная с 1911 г. Он сконструировал машину заново, внеся в нее целый ряд усовершенствований, и неоднократно выступал с лекциями о машине и о ее возможных практических применениях. Одна из лекций была прочитана в 1914 г. в Политехническом музее в Москве. Присутствовавший на лекции проф. А.Н.Соков писал: "Если мы имеем арифмометры, складывающие, вычитающие, умножающие миллионные цифры поворотом рычага, то, очевидно, время требует иметь логическую машину, способную делать безошибочные выводы и умозаключения, одним нажатием соответствующих клавиш. Это сохранит массу времени, оставив человеку область творчества, гипотез, фантазии, вдохновения - душу жизни". Эти пророческие слова были сказаны в 1914 г.! (Журнал "Вокруг света", №18, статья А.Н.Сокова "Мыслительная машина").  Следует отметить, что сам Джевонс, первосоздатель логической машины, не видел для нее каких- либо практических применений.  К сожалению, машины Хрущева и Щукарева не сохранились. Однако, в статье "Механизация мышления" (логическая машина Джевонса), опубликованной профессором А.Н.Щукаревым в 1925 г.("Вестник знания", №12), дается фотография машины сконструированной Щукаревым и ее достаточно подробное описание, а также, что очень важно - рекомендации по ее практическому применению.  Таким образом, у Алана Тьюринга, опубликовавшего в 1950 г. статью "Может ли машина мыслить?" были предшественники в Украине, интересовавшиеся этим вопросом.  Лучше всего об "интеллектуальном" развитии машины ответил В.М.Глушков.  "Вряд ли можно сомневаться, что в будущем все более и более значительная часть закономерностей окружающего нас мира будет познаваться, и использоваться автоматическими помощниками человека. Но столь же, несомненно, и то, что все наиболее важное в процессах мышления и познания всегда будет уделом человека. Справедливость этого вывода обусловлена исторически.  ...Человечество не представляет собой простую сумму людей. Интеллектуальная и физическая мощь человечества определяется не только суммой человеческих мускулов и мозга, но и всеми созданными им материальными и духовными ценностями. В этом смысле никакая машина и никакая совокупность машин, являясь, в конечном счете продуктом коллективной деятельности людей, не могут быть "умнее" человечества в целом, ибо при таком сравнении на одну чашу весов кладется машина, а на другую - все человечество вместе с созданной им техникой, включающей, разумеется, и рассматриваемую машину.  Следует отметить также, что человеку исторически всегда будет принадлежать окончательная оценка интеллектуальных, равно как и материальных ценностей, в том числе и тех ценностей, которые создаются машинами, так что и в этом смысле машина никогда не сможет превзойти человека.  Таким образом, можно сделать вывод, что в чисто информационном плане кибернетические машины не только могут, но и обязательно должны превзойти человека, а в ряде пока еще относительно узких областей они делают это уже сегодня. Но в плане социально-историческом эти машины есть и всегда останутся не более чем помощниками и орудиями человека". (В.М. Глушков. Мышление и кибернетика//Вопр. философии. -"- 1963. № 1).  Что касается микроэлектроники, то следует сказать, что размеры электронных компонентов в настоящее время приближаются к пределу - 0,05 микрона.  Тем не менее, существенно новых и эффективных элементов еще не появилось, а значит, для термина "инетеллектроника" возможна долгая жизнь.  Как говорилось выше, развитие цифровой ВТ последние десятилетие идет, в первую очередь, по пути наращивания в ЭВМ встраиваемого искусственного интеллекта. Компьютеры, получившие свое название от первоначального назначения - автоматизации вычислений, получили второе, очень важное назначение стали незаменимыми помощниками человека в его интеллектуальной деятельности.  Интеллектуализация средств аналоговой техники не состоялась, и это наряду с невысокой точностью вычислений, привело к ее поражению в соревновании с цифровой техникой.  Будет оно временным или окончательным - покажет время.

Содержание:

Введение .............................................. 3

Направления развития и поколения ЭВМ

1.Аналоговые вычислительные машины (АВМ) .............. 4

2.Электронные вычислительные машины (ЭВМ) ............. 5

3.Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ) ....... 5

4.Поколения ЭВМ ....................................... 6

Единые серии ЭВМ

1.Отличия ЭВМ III поколения от прежних ................ 7

2.Особенности машин ЕС ЭВМ ............................ 8

3.Агрегатный принцип построения ЭВМ ................... 9

4.Интерфейс, селекторный и мультиплексный каналы ......10

5.Структура машин ЕС ЭВМ ..............................11

6.Машинные элементы информации ........................12

7.Система программного обеспечения ....................13

8.Программная совместимость ...........................15

9.Защита памяти .......................................15

10.Режимы работы ЕС ЭВМ ...............................16

Микропроцессоры и их применение

1.Эффективность микропроцессоров ......................17

2.Структура 3-магистрального МП .......................19

3.Области применения МП ...............................20

Многопроцессорные вычислительные системы, сети,

ЭВМ V поколения

1.Магиспральная организация процессоров ЭВМ ...........21

2.Матричная параллельная организация процессоров ......21

3.Мультипроцессорная организация ......................22

4.Сети связи ЭВМ ......................................23

5.Особенности ЭВМ V поколения .........................23

Введение.

С увеличением объёма вычислений появился первый счётный переносной

инструмент - “Счёты”.

В начале 17 века возникла необходимость в сложных вычислениях.

потребовались счётные устройства, способные выполнять большой объём

вычислений с высокой точностью. В 1642 г. французский математик Паскаль

сконструировал первую механическую счётную машину - “Паскалину”.

В 1830 г. английский учёный Бэбидж предложил идею первой

программируемой вычислительной машины (“аналитическая машина”). Она должна

была приводиться в действие силой пара, а программы кодировались на

перфокарты. Реализовать эту идею не удалось, так как было не возможно

сделать некоторые детали машины.

Первый реализовал идею перфокарт Холлерит. Он изобрёл машину для

обработки результатов переписи населения. В своей машине он впервые

применил электричество для расчётов.

В 1930 г. американский учёный Буш изобрел дифференциальный анализатор -

первый в мире компьютер.

Большой толчок в развитии вычислительной техники дала вторая мировая

война. Военным понадобился компьютер, которым стал “Марк-1” - первый в мире

цифровой компьютер, изобретённый в 1944 г. профессором Айкнем. В нём

использовалось сочетание электрических сигналов и механических приводов.

Размеры: 15 X 2,5 м., 750000 деталей. Могла перемножить два 23-х разрядных

числа за 4 с.

В 1946 г. группой инженеров по заказу военного ведомства США был создан

первый электронный компьютер - “Эниак”. Быстродействие: 5000 операций

сложения и 300 операций умножения в секунду. Размеры: 30 м. в длину, объём

- 85 м3., вес - 30 тонн. Использовалось 18000 эл. ламп.

Первая машина с хронимой программой - ”Эдсак” - была создана в 1949

г., а в 1951 г. создали машину “Юнивак” - первый серийный компьютер с

хронимой программой. В этой машине впервые была использована магнитная

лента для записи и хранения информации.

Направления развития и поколения ЭВМ.

1.Аналоговые вычислительные машины (АВМ).

В АВМ все математические величины представляются как непрерывные

значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве

машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения

происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих

машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель

исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей

электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или

фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является

решение линейных и дифференцированных уравнений.

Достоинства АВМ:

. высокая скорость решения задач, соизмеримая со скоростью прохождения

электрического сигнала;

простота конструкции АВМ;

лёгкость подготовки задачи к решению;

. наглядность протекания исследуемых процессов, возможность изменения

параметров исследуемых процессов во время самого исследования.

Недостатки АВМ:

малая точность получаемых результатов (до 10%);

алгоритмическая ограниченность решаемых задач;

ручной ввод решаемой задачи в машину;

. большой объём задействованного оборудования, растущий с увеличением

сложности задачи.

2.Электронные вычислительные машины (ЭВМ).

В отличие от предыдущих машин в ЭВМ числа представляются в виде

последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде

кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ

осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на

цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные)

вычислительные машины.

ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются

своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми

характеристиками, областями применения.

Достоинства ЭВМ:

высокая точность вычислений;

универсальность;

автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;

разнообразие задач, решаемых ЭВМ;

независимость количества оборудования от сложности задачи.

Недостатки ЭВМ:

. сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных

знаний методов решения задач и программирования);

. недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения

параметров этих процессов;

сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;

. требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной

аппаратуры.

3.Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ).

АЦВМ - это такие машины, которые совмещают в себе достоинства АВМ и

ЭВМ. Они имеют такие характеристики, как быстродействие, простота

программирования и универсальность. Основной операцией является

интегрирование, которое выполняется с помощью цифровых интеграторов.

В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а

метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).

4.Поколения ЭВМ.

Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ.

| | П О К О Л Е Н И Я Э В М |

|ХАРАКТЕРИСТИКИ |I |II |III |IV |

|Годы применения | 1946-1960 | 1960-1964 | 1964-1970 | 1970-1980 |

|Основной элемент |Эл. лампа |Транзистор |ИС |БИС |

|Количество ЭВМ |Сотни |Тысячи |Десятки тысяч |Миллионы |

|в мире (шт.) | | | | |

|Размеры ЭВМ |Большие |Значительно |Мини-ЭВМ |микроЭВМ |

| | |меньше | | |

|Быстродействие(усл) |1 |10 |1000 |10000 |

|Носитель информации |Перфокарта, |Магнитная |Диск |Гибкий |

| |Перфолента |лента | |диск |

Поколения:

I. ЭВМ на эл. лампах, быстродействие порядка 20000 операций в секунду,

для каждой машины существует свой язык программирования.

(“БЭСМ”,”Стрела”).

II. В 1960 г. в ЭВМ были применены транзисторы, изобретённые в

1948 г., они были более надёжны, долговечны, обладали большой

оперативной памятью. 1 транзистор способен заменить ~40 эл. ламп и

работает с большей скоростью. В качестве носителей информации

использовались магнитные ленты. (“Минск-2”,”Урал-14).

III. В 1964 г. появились первые интегральные схемы (ИС), которые

получили широкое распространение. ИС - это кристалл, площадь

которого 10 мм2. 1 ИС способна заменить 1000 транзисторов.

1 кристалл - 30-ти тонный “Эниак”. Появилась возможность

обрабатывать параллельно несколько программ.

IV. Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые

по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к

снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный

процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле

площадью 1/4 дюйма. (“Иллиак”,”Эльбрус”).

V. Синтезаторы, звуки, способность вести диалог, выполнять команды,

подаваемые голосом или прикосновением.

Единые серии ЭВМ.

1.Отличия ЭВМ III поколения от прежних.

В ЭВМ III поколения заметно значительное улучшение аппаратуры,

благодаря использованию интегральных схем (ИС), что способствовало

уменьшению размеров, потребляемой энергии, увеличению быстродейсвия,

надежности и т.д.

Главным отличием таких ЭВМ от ЭВМ I и II поколений является совершенно

новая организация вычислительного процесса.

ЭВМ III поколения способны обрабатывать как цифровую, так и алфавитно-

цифровую информацию. Возможность оперировать над текстами открывает большие

возможности для обмена информацией между человеком и компьютером.

Так же создание различных средств ввода-вывода информации. Ярким примером

этому является способ ввода информации по средствам обычной телефонной

связи, телетайпа, светового карандаша. А вывод осуществляется не только на

перфокарты, как это было раньше, но и непосредственно на экран монитора,

каналы телефонной связи, принтер (для получения твёрдых копий).

В связи с использованием текста возможность приблизить вводной язык к

человеческому, сделать его более доступным широкому кругу пользователей.

Возможность параллельно решать на ЭВМ несколько задач.

ЭВМ III поколения имеет внешнюю память на магнитных дисках.

Широкий круг применения.

Типичными представителями машин III поколения является ЕС ЭВМ, IBM-

360. Они имеют следующие особенности: использование интегральных схем,

агрегатность, байтное представление информации, использование двоичной и

десятичной арифметики, представление чисел в форме с плавающей и

фиксированной точкой, программная совместимость, надёжность,

мультисистемность.

2.Особенности машин ЕС ЭВМ.

ЕС ЭВМ - это целое семейство машин, которые построены на единой

элементной базе, единой конструктивной основе, с единой системой

программного обеспечения, одинаковым набором периферийного оборудования.

Их разработка началась в 1970 г., а промышленный выпуск таких машин начался

в 1972 г.

Все машины ЕС ЭВМ программно-совместимы между собой и предназначены для

решения наиболее сложных и объёмных задач. Эти машины можно отнести к типу

машин универсальных, мультипрограммных, с возможностью параллельно

обрабатывать несколько задач.

Многие модели имеют единую логическую структуру и принцип работы.

однако различные модели отличаются друг от друга быстродействием,

конфигурацией, размером памяти и т.д.

Так как система ЕС ЭВМ постоянно развивается, постоянно улучшаются все

характеристики, то эти машины можно подразделить на 2 семейства. К первому

семейству моделей (Ряд-1) можно отнести такие машины, как ЕС-1010, ЕС-

1020, ЕС-1021, ЕС-1030, ЕС-1040, ЕС-1050, ЕС-1060. К этому семейству

относятся так же модифицированные образцы (Ряд-1М): ЕС-1012, ЕС-1022, ЕС-

1033, ЕС-1052. Более совершенные машины: ЕС-1015, ЕС-1025, ЕС-1035, ЕС-

1045, ЕС-1055, можно объединить в Ряд-2, а модернизированные (Ряд-2М): ЕС-

1036, ЕС-1066 и др.

Устройства ЕС ЭВМ так же разделяются на центральные и периферийные.

Центральные - это устройства, которые определяют основные технические

характеристики машины, это центральный процессор, оперативная память,

мультиплексный и селекторный каналы. К периферийным относятся внешние

устройства (ВУ), устройства подготовки данных (УПД), сервисные устройства.

Для хранения больших объёмов информации используются накопители на

магнитных лентах и магнитных дисках. Устройства ввода предназначены для

восприятия вводимой извне информации, её преобразования в электрические

кодовые сигналы и передачи к мультиплексному каналу по средствам интерфейса

ввода-вывода. Устройства вывода переводят выводимый из машины сигнал

обратно и выводят его на перфокарты (перфоленты), либо на другие внешние

устройства.

Дисплей - это устройство ввода-вывода алфавитно-цифровой и графической

информации на электронно-лучевую трубку. Он очень удобен для оперативного

изменения данных непосредственно во время решения задачи.

Выносимые пульты предназначены для общения пользователя с ЭВМ, когда их

разделяют сотни метров.

Существуют 3 группы устройств подготовки данных ЕС ЭВМ: перфокарточные,

перфоленточные и использующие магнитные ленты. На контрольниках в ЭВМ

производится контроль за правильностью записи информации на перфокарты.

Существует два режима работы УПД на магнитной ленте: запись данных и печать

считываемых данных.

Сервисные устройства нужны для контроля над техническими средствами, их

наладки, испытания и ремонта.

Показатели технических средств ЕС ЭВМ постоянно улучшаются:

увеличивается быстродействие, объёмы памяти и т.д. Это происходит в

частности за счёт перехода на микросхемы с более высоким уровнем интеграции

(БИС). Но это уже относится к машинам IV поколения.

3.Агрегатный принцип построения ЭВМ.

Этот принцип заключается в изготовлении отдельных функциональных

устройств с едиными унифицированными связями. Эти устройства легко могут

быть соединены в вычислительную систему требуемой конфигурации.

Материальные затраты и время на разработку, сборку наладку и внедрение

агрегатных ЭВМ намного меньше по сравнению с обычными ЭВМ.

Возможность наращивания структуры ЭВМ и уменьшения уязвимости к отказам

обеспечена конструированием ЭВМ из отдельных модулей. Это расширяет границы

применения таких ЭВМ.

Модуль - это конструктивная единица электронного оборудования, имеющее

законченное оформление и стандартные средства сопряжения с другими

подобными единицами. Это, например, оперативное запоминающее устройство,

накопители на дисках, процессор, канал и т.д.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - это внутренняя

(оперативная) память компьютера.

Накопители на магнитных дисках (МД), ленте (МЛ) и барабанах (МБ) - это

внешняя память.

Процессор представляет собой основу каждой машины. Он выполняет

арифметические и логические операции, управляет последовательностью

выполнения команд. Та же у процессора есть собственное сверхоперативное

запоминающее устройство. построенное на регистрах.

Каналы ввода-вывода - это специализированные средства системы ввода-

вывода. Они организовывают процесс обмена между периферийными устройствами

и оперативной памятью.

Все однотипные модули взаимозаменяемы.

4.Интерфейс, селекторный и мультиплексный каналы.

Интерфейс - это совокупность электрических, механических и программных

средств, позволяющих соединить между собой элементы системы автоматической

обработки данных.

На практике интерфейс - это многоконтактное разъёмное кабельное

соединение с чётким разграничением сигналов для каждого провода. Он

позволяет присоединять и работать с различными периферийными устройствами,

быстродействие которых не превосходит пропускной способности канала.

Селекторный и мультиплексный каналы служат для обеспечения связи между

ЭВМ и периферийными (внешними) устройствами.

По средствам селекторного канала ЭВМ соединяется с быстродействующими

внешними устройствами, такими как накопители на МД, МБ и МЛ. Работа идет

только с одним внешним устройством. Такой режим работы называется

монопольным.

Так же селекторный канал может быть оснащён адаптером “канал-канал”,

который устанавливает связь между каналами ЭВМ.

Через мультиплексный канал идёт обмен информацией между оперативной

памятью и периферийным оборудованием с малым быстродействием, например,

устройства ввода-вывода на перфоленты и перфокарты, алфавитно-цифровое

печатающее устройство. Такие устройства могут работать независимо друг от

друга.

5.Структура машин ЕС ЭВМ.

Обобщённая структура машин ЕС ЭВМ.

[pic]

[pic]

Пунктиром показаны пути прохождения команд процессора. Сплошными

линиями - пути обмена информацией между основными оперативными

запоминающими устройствами (ООЗУ) и внешними устройствами.

Так же процессор постоянно соединён с двумя устройствами основной

оперативной памяти.

6.Машинные элементы информации (байт, полуслово, слово, двойное слово, поле

переменной длины).

Любое слово, каждый символ увеличивает количество информации.

Чтобы измерить количество информации, нужно взять слово в качестве

эталона. В качестве алфавита в ЭВМ используется двоичный алфавит, состоящий

из 0 и 1. Эталонным считается слово, состоящее из одного символа такого

алфавита. Оно принимается за 1 и называется “Бит”. Чтобы измерить

количество информации в произвольном слове, его кодируют в этом алфавите, а

затем находят его длину.

Минимальный элемент информации - 8 бит равный 1 байту. 1 байт

представляет в ЭВМ букву или символ.

Для контроля информации используется 9-й бит проверки на чётность.

Более крупными единицами измерения являются:

1 Кбайт = 210 байт,

1 Мбайт = 220 байт,

1 Гбайт = 230 байт.

Байт состоит из 8-и разрядов (битов), которые нумируются слева направо

от 0 до 7. Каждый байт в памяти ЭВМ имеет свой порядковый номер, называемый

абсолютным адресом байта. Последовательность нескольких байт образуют поле

данных. Количество байт поля называют длиной поля, а адрес самого левого

байта - адресом поля. Байты нумируются слева направо.

Различают поля фиксированной и переменной длины.

Минимальным полем фиксированной длины является полуслово - группа из

двух байт , занимающих в памяти ЭВМ соседние участки. Адрес полуслова - это

адрес крайнего левого байта, который всегда кратен двум. Например, байты 8,

9 образуют полуслово с адресом 8.

Два полуслова образуют слово, состоящее из 4-х последовательно

расположенных байт. Адрес старшего (левого) байта кратен 4 и является

адресом этого слова.

Группа из двух слов составляет двойное слово.

Поле переменной длины может быть любого размера в пределах от

0 до 255 байт.

0 7 |8 15 |16 23 |24 31 |32 39 |40 47 |48 55

|56 63 | |

|Байт |Байт |Байт |Байт |Байт |Байт |Байт |Байт |

|Полуслово |Полуслово |Полуслово |Полуслово |

|Слово |Слово |

|Двойное слово |

Так можно представить соотношение разрядности элементов информации.

7.Система программного обеспечения ЕС ЭВМ.

Систему программного обеспечения ЭВМ (СПО) формируют программные

средства. Это комплекс программных средств, предназначенных для увеличения

эффективности использования машин, облегчения её эксплуатации. Эта система

является посредником между ЭВМ и пользователем, обеспечивает удобный способ

общения.

Можно выделить 4 основные части СПО:

1. Операционные системы (ОС);

2. Набор пакетов прикладных программ (ППП);

3. Комплекс программ технического обслуживания (КПТО);

4. Системы Эксплуатационной документации (СЭД) на СПО.

Сейчас используются 4 типа ОС:

a) ОС-10 - для моделей ЕС-1010;

b) МОС (малая) - для моделей ЕС-1021;

c) ДОС ЕС (дисковая) - для всех других моделей ЕС ЭВМ в малой

конфигурации;

d) ОС ЕС - для тех же моделей, что и для ДОС ЕС, но в средней и

расширенной конфигурации;

Структуру ОС можно разделить на несколько групп:

o Программы начального запуска машины, первоначальный ввод информации

в оперативную память, настройка ЭВМ.

o Программы управления данными.

o Программы управления задачами.

o Обслуживающие и обрабатывающие программы.

Так же в состав ОС входят средства, которые снижают трудоёмкость

подготовительного процесса при решении задач. Это система автоматизации

программирования (САП). Она включает в себя такие компоненты, как:

o Алгоритмические языки программирования (Ассемблер, Фортран и др.);

o трансляторы;

o интерпретирующие и компилирующие системы;

o пакеты стандартных программ;

o программы сервиса.

Значительной частью СПО является пакет прикладных программ (ППП).

ППП - это комплекс программ, необходимых для решения определённой задачи.

Они обязаны удовлетворять требования ОС, под управлением которых они

работают.

Сейчас современные ППП разрабатывают как программные системы. Каждый

пакет состоит из:

= набор обрабатывающих программных модулей (тело пакета),

предназначенных непосредственно для решения задачи пользователем;

= управляющая программа пакета (управление обработкой данных). При

запросе на решение задачи эта программа формирует из обрабатывающих

модулей рабочую обрабатывающую программу;

= комплекс обслуживающих программ (вспомогательные функции);

= средства для обеспечения создания пакета.

Ещё одной функцией ППП является расширение возможностей ОС при

подключении новых устройств.

Комплекс программ технического обслуживания (КПТО) служит для

профилактического контроля, исправления неисправностей, оперативной

проверки работы периферийного оборудования. Комплекс состоит из двух групп

тестовых программ. Первые работают под управлением ОС, вторые работают

независимо от ОС.

Основные функции СПО:

- Автоматическое управление вычислительным процессом.

- Обеспечение повышения эффективности функционирования ЭВМ.

- Обеспечение удобного общения между ЭВМ и пользователем.

- Сокращение времени, требуемого для подготовки задачи к решению на

ЭВМ.

- Обеспечение контроля работы ЭВМ.

8.Программная совместимость ЕС ЭВМ.

Для более эффективного использования программного обеспечения все

модели ЕС ЭВМ программно совместимы. Это означает, что программа,

работающая на одной машине ЕС, будет работать и на другой, если вторая

машина обладает необходимой памятью. Пользователи могут обмениваться

программами, независимо от производительности их машин.

Программная совместимость гарантирует, что различные потребности

пользователя удовлетворяются соответствующей моделью.

Программная совместимость снижает стоимость применения ЭВМ, повышая при

этом их производительность.

9.Защита памяти в ЕС ЭВМ.

Для тог, чтобы программы не влияли друг на друга, предусмотрена защита

информации в ОП. Используется постраничный метод защиты. ОП условно

разделяется на блоки, называемые страницами, ёмкостью 2048 байт. У каждой

страницы есть свой ключ защиты. Образуется самостоятельная запоминающая

среда, состоящая из ключей защиты - память ключей защиты (ПКЗ).

Байт ключа состоит из: 0-3 биты - ключ, 4 - признак защиты по чтению, 5-

7 - не используются, 8 - консоль по чётности.

При каждом обращении к ОП из ПКЗ считывается ключ защиты данной

физической страницы. Нулевой ключ служит для защиты раздела, где

располагается управляющая программа. Она имеет привилегию обращения в любую

область ОП.

Ключи работающих программ должны совпадать с ключами программы защиты

области памяти, к которой осуществляется обращение, иначе выполнение

программы прекращается.

10.Режимы работы ЕС ЭВМ.

Все модели ЕС ЭВМ - это мультипрограммные машины. Это означает, что в

них применяется совмещение программных и аппаратных средств управления.

Программные средства составляют ОС, которая устанавливает порядок работы

ЭВМ при различных режимах работы. Все режимы работы ЭВМ делятся на

однопрограммные и мультипрограммные.

При работе в олнопрограммном режиме все ресурсы ЭВМ отданы одной

программе. Выполнение следующей программы возможно только после полного

выполнения предыдущей программы.

Разновидности однопрограммного режима:

o Однопрограммный режим с непосредственным доступом пользователя к ЭВМ.

Пользователь ведёт диалог с машиной, работая за пультом. В этом

режиме машинное время используется нерационально. Такой режим

используется только при наладке ЭВМ.

o Однопрограммный режим с последовательным выполнением программ без

участия пользователя. Все программы введены заранее и выполняются под

управлением ОС. Этот режим неэффективен, так как при таком режиме не

полностью используются возможности параллельной работы основных

устройств машины.

Разновидности мультипрограммного режима:

o Режим пакетной обработки. В таком режиме возможно решения нескольких

задач на ЭВМ одновременно. Все программы, исходные данные вводятся

заранее, из них образуется пакт задач. Все задачи реализуются без

вмешательства пользователя. При таком режиме значительно экономится

время на выполнение набора задач.

o Режим разделения времени. Этот режим похож на предыдущий, но во время

выполнения пакета возможно вмешательство пользователей. Режим

разделения времени сочетает эффективное использование возможностей

ЭВМ с даёт пользователю возможность индивидуального пользования.

Применение такого режима возможно только, когда работа ЭВМ протекает

в реальном масштабе времени.

o Режим запрос-ответ. Этот режим представляет собой вид телеобработки,

при которой в соответствии с запросами от абонентов, ЭВМ посылает

данные, содержащиеся в Файлах данных. Число ответов ограничено

ёмкостью памяти, следовательно ограничено и число запросов.

o Диалоговый режим. это наиболее используемый режим работы ЭВМ. При

таком режиме происходит двустороннее взаимодействие (диалог)

пользователя и ЭВМ. Для осуществлении этого режима необходимо, чтобы

технические и программные средства могли работать в реальном масштабе

времени; чтобы абоненты имели возможность формулировать свои

сообщения на высоком уровне.

В мультипрограммных режимах реализованы два варианта: мультипрограммный

режим с фиксированным и произвольным числом совместно решаемых задач.

Микропроцессоры и их применение.

1.Эффективность микропроцессоров.

В 1959 году фирма Intel (США) по заказу фирмы Datapoint (США) начала

создавать микропроцессоры (МП). Первым микропроцессором на мировом рынке

стал МП Intel 8008.

В последние годы появились такие МП, которые могут полностью

автоматизировать производство и многие сферы обслуживания. Это может

привести к росту безработицы.

МП - это эффективный с технологической и экономической точки зрения

инструмент для переработки возрастающих потоков информации.

Новое поколение МП идёт на смену предыдущему каждые два года и морально

устаревает за 3-4 года. МП вместе с другими устройствами микроэлектроники

позволяют создать довольно экономичные информационные системы.

Причина такой популярности МП состоит в том, что с их появлением отпала

необходимость в специальных схемах обработки информации, достаточно

запрограммировать её функцию и ввести в ПЗУ МП.

Основные характеристики МП.

Суперпроцессор P6:

Изготовляется на 0,6 мкм.-технологии.

Достоинства:

1. Частоты 133-150 Мгц

2. Вдвое превзойдёт по производительности существующие модели, поскольку:

- Имеет 4 конвейера для параллельной обработки команд.

- Интегрированные в одном корпусе 2 модуля КЭШ-памяти первого уровня

- 32 Кб, второго - 256 или 512 Кб.

- Введена новая шина, которой до этого оснащались большие ЭВМ.

- В одном компьютере могут взаимодействовать до 4-х процессоров Р6.

- В Р6 установлены интегрированный и математический сопроцессоры.

Производительность: 250-300 MFlops, 1000 MFlops - для компьютеров с 4-

мя процессорами.

Зелёные компьютеры:

Эра экологически вредных настольных компьютеров заканчивается! Летом

1994 года администрация США запретила предприятиям покупать не зелёные

компьютеры.

Зелёные компьютеры характеризуются:

= Охраной окружающей среды и здоровья пользователя.

= Пониженным уровнем электромагнитных и радиационных излучений.

= Полной утилизацией составных элементов компьютера.

= Пониженным потреблением электроэнергии, пониженным тепловыделением.

Это происходит за счет использование процессоров с различными

режимами работы: нормальный, дремлющий и спящий.

2.Структура 3-магистрального МП.

АЛУ - арифметико-логическое устройство; УУ - устройство управления; УВВ -

устройство ввода-вывода; Т - таймер; Р - рабочие регистры; регистры: 0 -

операндов, К - команд, А - адресов, Ф - флаговые, С - состояний, СК -

счётчик команд, ОН - общего назначения, СТЕК - стековые.

Сигналы трёх видов - информационные, адресные и управляющие 0 могут

передаваться по одной, двум или трём шинам (магистралям). Шины, как

правило, двунаправлены, то есть могут передавать информацию в обоих

направлениях.

Структурная схема МП С тремя раздельными

шинами информационных (И), адресных (а) и

управляющих сигналов (У)

Микропроцессор

И

А

У

3.Области применения МП.

Лет 30 назад было около 2000 различных сфер применения МП. Это управление

производством (16%), научные исследования, транспорт и связь (17%),

информационно-вычислительная техника (12%), военная техника (9%), бытовая

техника (3%), обучение (2%), авиация и космос (15%), коммунальное и

городское хозяйство, банковский учёт, метрология, медицина (4%) и другие

области.

Сейчас развиваются следующие направления автоматизации с применением МП

систем управления:

- станки с ЧПУ плюс робот;

- станки с ЧПУ плюс робот плюс устройство активного контроля размеров;

- станки с ЧПУ плюс робот плюс система автоматической диагностики с

самовозвратом.

Многопроцессорные вычислительные системы, сети, ЭВМ V поколения.

1.Магистральная организация процессоров ЭВМ.

При магистральной организации процессоры связываются в систему так, что

входные данные одного из них являются исходными для другого. Получаемый ряд

процессоров последовательно обрабатывают отдельные части задачи.

Быстродействие ЭВМ с такой организации процессоров порядка 100 млн.

операций в секунду.

Иллюстрация принципа магистральной обработки информации.

Вход

(А,В)

2.Матричная параллельная организация процессоров.

При параллельном процессе программа каждой задачи реализуется на отдельном

процессоре. Здесь появляется возможность как несколько независимых задач,

так одну сложную задачу. Быстродействие примерно 200 млн. операций в

секунду (“Иллиак-4” (США) содержит 64 процессора).

Для матричного процессора характерен режим совместного исполнения (все

процессоры работают синхронно.

Матричная организация процессоров.

шина канал данных

состояний

Матричный

процессор

3.Мультипроцессорная организация с общей оперативной памятью.

В центре системы - мощные процессоры, имеющие собственную память и

внутреннее управление. процессоры работают с общей ОП (ЗУ). Одна из главных

проблем таких вычислительных систем - коммутирование процессоров.

Производительность составляет свыше 100 млн. операций в секунду.

4.Сети связи ЭВМ.

Сети связи ЭВМ можно рассматривать в виде пунктов, объединяемых каналами

связи. Сети можно разделить на централизованные и распределённые.

В централизованных сетях обмен информацией между ЭВМ и абонентом происходит

через центральный узел связи. При большом количестве абонентов такое

построение сети нерационально.

В распределённых сетях связи осуществляется между многими парами узлов.

Каждый узел связан не менее чем с двумя другими узлами, и абоненты могут

включатся в несколько узлов.

5.ЭВМ V поколения.

ЭВМ IV поколения не получили широкого распространения из-за своей

специфики. Это явилось стимулом для разработки ЭВМ V поколения, при

разработки которых ставились совершенно другие задачи, нежели при

разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ I - IV поколений

стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых

расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основными задачами

разработчиков ЭВМ V поколения являлось создание искусственного интеллекта

машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов),

возможность ввода информации в ЭВМ при помощи голоса, различных

изображений. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто

не обладает специальных знаний в этой области. ЭВМ будет помощником

человеку во всех областях.

Проект семейства ЭВМ V поколения объединяет 16 процессоров. Это позволит

достичь быстродействия в 160(106 операций в секунду.

Список литературы:

1. А.П.Пятибратов, А.С.Касаткин, Р.В.Можаров. “ЭВМ, МИНИ-ЭВМ и

микропроцессорная техника в учебном процессе.”

2. А.П.Пятибратов, А.С.Касаткин, Р.В.Можаров. “Электронно-вычислительные

машины в управлении.”

3. Лекции МИЭМ.

-----------------------

ООЗУ ООЗУ

Процессор

Мулитиплексный канал

I селкторный канал

Пульт оператора

II селекторный канал

Устройство ввода на ПК

Устройство ввода на ПК

Алфавитно-цифровое печатаю- щее устройство

Адаптер “канал-канал”

Пишущая машинка с блоком управле-ния

Устройство ввода на ПЛ

Устройство управления ВЗУ на МД и МБ

Устройство управления ВЗУ на МЛ

Устройство вывода на ПЛ

Пишущая машинка с блоком управле-ния

ВЗУ на МЛ

ВЗУ на МД

Устройство ввода на ПЛ

Устройство вывода на ПК

ВЗУ на МЛ

ВЗУ на МД

Устройство вывода на ПЛ

ВЗУ на МЛ

ВЗУ на МД

ВЗУ на МЛ

ВЗУ на МБ

Устройство вывода на ПК

ВЗУ на МБ

ВЗУ на МЛ

Алфавитно-цифровое печатаю- щее устройство

УВВ

О

К

А

Р Ф

С

СК

ОН

СТЕК

УУ

АЛУ

Т

Первый этап операции.

(А,В)( F (A,B)1

Второй этап операции.

F(A,B)1( F(A,B)2

Третий этап операции.

F(A,B)2( F(A,B)3

Хранение промежу-точного результата.

F(A,B)2

Хранение промежу-точного результата.

F(A,B)1

ЦУУ

Система

ввода-вывода

П1

ЗУ

ЗУ

П2

П64

ЗУ

П1

ПМ

ЗУМ

ЗУ1

КОММУТАТОР

Вычислительная техникаявляется важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. Первыми приспособлениями для вычислений были, вероятно, всем известныесчётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту. Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими какфиникийскиеглиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества считаемых предметов, однако для удобства помещаемые при этом в специальные контейнеры. Такими приспособлениями, похоже, пользовались торговцы и счетоводы того времени.

Постепенно из простейших приспособлений для счёта рождались всё более и более сложные устройства: абак(счёты),логарифмическая линейка,механический арифмометр,электронный компьютер. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счёт даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, сама по себе, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств давно уже превосходят возможности самого выдающегося расчётчика-человека.

Содержание

[убрать]

  • 1Ранние приспособления и устройства для счёта

  • 21801: появление перфокарт

  • 31835—1900-е: первые программируемые машины

  • 41930-е — 1960-е: настольные калькуляторы

  • 5Появление аналоговых вычислителей в предвоенные годы

  • 6Первые электромеханические цифровые компьютеры

    • 6.1Z-серия Конрада Цузе

    • 6.2Британский «Колосс»

    • 6.3Американские разработки

      • 6.3.1«ЭНИАК»

  • 7Первое поколение компьютеров с архитектурой фон Неймана

  • 81950-е — начало 1960-х: второе поколение

  • 91960-е и далее: третье и последующие поколения

  • 10См. также

  • 11Примечания

  • 12Ссылки

Соседние файлы в папке курсач docx180